Co je to akcelerátorový hmotnostní spektrometr?

Akcelerátorový hmotnostní spektrometr je laboratorní zařízení, které k měření radioaktivních prvků používá kombinaci magnetismu a vysokého napětí. Ačkoli to bylo poprvé prokázáno ve 30. letech, použití urychlovačů v kombinaci s hmotnostní spektrometrií se stalo běžnou teprve v 70. letech 20. století. Hmotnostní spektrometrie je měření molekuly nebo atomové hmotnosti oddělením různých atomů jejich hmotností nebo hmotností pomocí magnetických polí.

Archeologie, studium starověkých civilizací, používá přítomnost radioaktivních materiálů, především uhlíku, od počátku 20. století. Vědec by mohl odebrat vzorek z archeologického naleziště, změřit množství radioaktivního uhlíku-14 přítomného ve vzorku a odhadnout věk vzorku nebo artefaktu. Před použitím hmotnostního spektrometru urychlovače bylo měření uhlíku-14 časově náročné a vyžadovalo velké množství materiálu. Věda o použití radioaktivního uhlíku k určení věku starověkých artefaktů je známá jako „datování uhlíku“.

V hmotnostním spektrometru urychlovače je několik různých sekcí, ale primárním zařízením je magnetický separátor a tandemový urychlovač. První část jednotky používá nízkoenergetický magnetický separátor k odstranění nežádoucích částic nebo molekul z proudu vzorku. Potom vzorek vstoupí do tandemového urychlovače, který nejprve urychlí částice přitažením negativně nabité částice vysoce energetickým pozitivním elektrickým nábojem přesahujícím miliony voltů.

Zrychlené částice pak procházejí elektronovým striperem, kterým je buď velmi tenká vrstva uhlíku nebo specifický plyn. Elektrony jsou odstraněny z částice, což vede k pozitivně nabitému iontu. Ionty jsou nyní znovu urychlovány, protože jsou odrazeny vysokou kladnou náloží urychlovače. To je důvod, proč se tato část zařízení nazývá tandemový urychlovač, protože ovlivňuje ionty dvakrát pomocí účinků přitahování a odpuzování vlivem elektrického náboje.

Jakmile vysokorychlostní ionty opustí tandemový úsek, zbývající část hmotnostního spektrometru urychlovače jsou další magnety, které mohou nasměrovat proud vzorku k detektoru, který počítá počet částic, které ho dosáhnou. Každá část spektrometru je připojena k počítačům, které mohou upravit elektrickou a magnetickou sílu pro řízení toku produktu. Detektory jsou extrémně citlivé a mohou snímat jeden radioaktivní ion v mnoha milionech neradioaktivních iontů.

Spolu s jeho použitím v archeologii a geologii může být akcelerátorový hmotnostní spektrometr použit pro lékařské diagnostické testování. Radioaktivní prvek, nazývaný stopovací prostředek, může být injikován pacientovi nebo obsažen v malém množství do léčiva užívaného pacientem. Když tělo absorbuje léčivo, může být sledovací prvek viděn pomocí vzorků zavedených do urychlovače hmotnostního spektrometru. Schopnost spektrometru vidět velmi malá množství radioaktivního prvku činí tuto techniku ​​cennou, protože pacient vidí velmi nízkou úroveň radioaktivity, o které se neuvažuje, že by způsobovala zdravotní problémy.