Hvad er et accelerationsmassespektrometer?
Et accelerator-massespektrometer er et laboratorieudstyr, der bruger en kombination af magnetisme og højspænding til at måle radioaktive elementer. Selvom det først blev demonstreret i 1930'erne, blev brugen af acceleratorer kombineret med massespektrometri ikke almindelig før i 1970'erne. Massespektrometri er måling af et molekyle eller atoms masse ved at adskille forskellige atomer efter deres vægt eller masse ved hjælp af magnetiske felter.
Arkæologi, undersøgelsen af gamle civilisationer, har brugt tilstedeværelsen af radioaktive materialer, primært kulstof, siden det tidlige 20. århundrede. En videnskabsmand kunne tage en prøve fra et arkæologisk sted, måle mængden af radioaktivt kulstof-14, der er til stede i prøven, og estimere alderen på prøven eller artefakten. Før brugen af et accelerator-massespektrometer var måling af carbon-14 tidskrævende og krævede en stor mængde materiale. Videnskaben med at bruge radioaktivt kulstof til at bestemme alderen på gamle artefakter er kendt som "kulstofdating."
Der er flere forskellige sektioner i et accelerator-massespektrometer, men det primære udstyr er en magnetisk separator og en tandem-accelerator. Den første del af enheden bruger en magnetisk separator med lav effekt til at fjerne uønskede partikler eller molekyler fra prøvestrømmen. Derefter går prøven ind i tandemacceleratoren, som først accelererer partiklerne ved at tiltrække den negativt ladede partikel med en højenergipositiv elektrisk ladning, der overstiger millioner volt.
De accelererede partikler passerer derefter gennem en elektron stripper, der enten er et meget tyndt lag kulstof eller en bestemt gas. Elektroner fjernes fra partiklen, hvilket resulterer i en positivt ladet ion. Iionerne accelereres nu igen, fordi de frastøttes af acceleratorens høje positive ladning. Derfor kaldes denne del af enheden en tandemaccelerator, fordi den påvirker ionerne to gange ved hjælp af virkningerne af tiltrækning og frastødning på grund af den elektriske ladning.
Når højhastighedsionerne forlader tandemsektionen, er resten af acceleratorens massespektrometer yderligere magneter, der kan dirigere prøvestrømmen til en detektor, der tæller antallet af partikler, der når det. Hver sektion af spektrometret er forbundet til computere, der kan justere elektrisk og magnetisk styrke til at kontrollere produktstrømmen. Detektorerne er ekstremt følsomme og kan føle en radioaktiv ion i mange millioner ikke-radioaktive.
Sammen med dets anvendelse i arkæologi og geologi kan et accelerator-massespektrometer bruges til medicinsk diagnostisk test. Et radioaktivt element, kaldet en sporstof, kan injiceres i en patient eller indgå i små mængder i et lægemiddel, der er taget af patienten. Når kroppen optager lægemidlet, kan sporstofelementet ses ved hjælp af prøver indført i et accelerator-massespektrometer. Spektrometerets evne til at se meget små mængder af et radioaktivt element gør teknikken værdifuld, fordi patienten ser meget lave niveauer af radioaktivitet, som ikke menes at forårsage sundhedsmæssige bekymringer.