Akselerator massespektrometri
Utvikling
Partikkelakseleratorene som brukes i kjernefysikk kan sees på som massespektrometre av ganske forvrengte former, men de tre hovedelementene - ionekilden, analysatoren og detektoren - er alltid til stede. LW Alvarez og Robert Cornog fra USA brukte først en akselerator som massespektrometer i 1939 da de benyttet en syklotron for å demonstrere at helium-3 (3 He) var stabil i stedet for hydrogen-3 (3H), et viktig spørsmål i kjernefysikk på den tiden. De viste også at helium-3 var en bestanddel av naturlig helium. Metoden deres var den samme som beskrevet ovenfor for omegatronen bortsett fra at en syklotron i full størrelse ble brukt, og den skilte lett de to isotoper. Metoden ble ikke brukt igjen på nesten 40 år; Imidlertid har den funnet anvendelse ved måling av kosmogene isotoper, radioisotoper produsert av kosmiske stråler som innfaller på jorden eller planetariske objekter. Disse isotoper er svært sjeldne, og har overflod i størrelsesorden en million milliondeler av det tilsvarende jordbaserte elementet, som er et isotopforhold langt utover egenskapene til normale massespektrometre. Hvis halveringstiden til en kosmogen isotop er relativt kort, for eksempel beryllium-7 (7 Be; 53 dager) eller karbon-14 (14 C; 5 730 år), kan konsentrasjonen i en prøve bestemmes ved radioaktiv telling; men hvis halveringstiden er lang, for eksempel beryllium-10 (10 Be; 1,5 millioner år) eller klor-36 (36 Cl; 0,3 millioner år), er et slikt kurs ineffektivt. Fordelen med det store, høysenergi-massespektrometeret er den store detektorens selektivitet som er resultat av at ioner har 1000 ganger mer energi enn noen tidligere tilgjengelig maskin kunne gi. Konvensjonelle massespektrometre har vanskeligheter med å måle forekomster som er mindre enn hundre tusenvis av referanseisotopen, fordi forstyrrende ioner er spredt til analysatorlokaliteten der isotopen med lav forekomst er å søke. Ekstremer med høye vakuum og antispattere forholdsregler kan forbedre dette med en faktor på 10, men ikke den faktoren på 100 millioner som er nødvendig. En akselerator lider av denne defekten i enda større grad, og store mengder “søppel” -ioner er funnet på den forventede analysatorlokaliseringen til den kosmogene isotopen. Evnen til visse typer kjernefysiske partikkeldetektorer til å identifisere det aktuelle ionet utvetydig gjør det mulig for akseleratorens massespektrometer å overvinne denne mangelen og fungere som et kraftig analytisk verktøy.
Betjening av den elektrostatiske gasspedalen
Den elektrostatiske gasspedalen for tandem (se partikkelakselerator: Van de Graaff-generatorer) fortrengte raskt alle andre maskiner for dette formålet, først og fremst fordi ionekilden, cesium-sputterkilden beskrevet ovenfor, ligger nær bakkepotensial og er lett tilgjengelig for å skifte prøver. Ionene må være negative, men dette viser seg ikke å være et handikap da de er lett og effektivt produsert. Før ionene kommer inn i høyspenningsrøret, blir ionene masseanalysert slik at bare strålen som dukker opp på masseposisjonen til den kosmogene isotopen kommer inn i gasspedalen; Den intense referanseisotopstrålen måles ofte på dette stedet uten å komme inn i gasspedalen i det hele tatt. Den kosmogene isotopstrålen tiltrekkes av høyspenningsterminalen på maskinen der kollisjoner med gass eller en tynn karbonfolie eller begge striper forskjellige antall elektroner, hvorved gjenstanden er isotop med en fordeling av flere positive ladningstilstander som blir frastøtt av positivt ladet terminal. Alle molekylære ioner er brutt opp. Den fremvoksende strålen passerer deretter gjennom analysefelt som en magnet med høy spredning er hoveddelen av. Når du forlater analysatoren, kommer strålen inn i detektoren. Hver ion undersøkes individuelt på en måte som gjør at identiteten kan etableres. Den vanligste måten å gjøre dette på er ved å bruke en kombinasjon av to partikkeldetektorer: en detektor måler hastigheten som partikkelen mister energi når den passerer en gitt lengde materie, mens den andre samtidig måler den totale energien til partikkelen. Tellingene lagres i søppelkassene i en todimensjonal datamaskinrekke, hvis koordinater er gitt av amplituden til signalene fra de to detektorene. De mange “søppel” -ionene tar på seg verdier fra de to detektorene som fyller regioner i datasamlingen, men overlapper generelt ikke det veldefinerte området som er okkupert av subjektet. Hver type isotop krever et spesialdesignet detektorsystem med forskjellige tilleggsanalysefelt og i noen tilfeller til og med bruk av tid-for-flight-teknikker. Et skjematisk diagram av et akselerasjonsmassespektrometer er vist i figur 8.
