Qu'est-ce qu'un spectromètre de masse à accélérateur?
Un spectromètre de masse à accélérateur est un appareil de laboratoire qui utilise une combinaison de magnétisme et de haute tension pour mesurer des éléments radioactifs. Bien qu’il ait été démontré pour la première fois dans les années 1930, l’utilisation d’accélérateurs combinés à la spectrométrie de masse n’est devenue chose courante avant les années 1970. La spectrométrie de masse est la mesure de la masse d'une molécule ou d'un atome en séparant différents atomes par leur poids ou leur masse à l'aide de champs magnétiques.
L'archéologie, l'étude des civilisations anciennes, utilise la présence de matières radioactives, principalement du carbone, depuis le début du XXe siècle. Un scientifique pourrait prélever un échantillon sur un site archéologique, mesurer la quantité de carbone 14 radioactif présent dans l'échantillon et estimer l'âge de l'échantillon ou de l'artefact. Avant l'utilisation d'un spectromètre de masse à accélérateur, la mesure du carbone 14 prenait beaucoup de temps et nécessitait une grande quantité de matériau. La science de l'utilisation du carbone radioactif pour déterminer l'âge d'anciens artefacts est connue sous le nom de "datation au carbone".
Un spectromètre de masse à accélérateur comporte plusieurs sections différentes, mais l’équipement principal est un séparateur magnétique et un accélérateur en tandem. La première partie de l'unité utilise un séparateur magnétique de faible puissance pour éliminer les particules ou molécules indésirables du flux d'échantillons. Ensuite, l'échantillon entre dans l'accélérateur en tandem, qui accélère d'abord les particules en attirant la particule chargée négativement avec une charge électrique positive de haute énergie, dépassant des millions de volts.
Les particules accélérées traversent ensuite un stripper à électrons, qui est soit une très fine couche de carbone, soit un gaz spécifique. Les électrons sont retirés de la particule, ce qui donne un ion chargé positivement. Les ions sont à nouveau accélérés, car ils sont repoussés par la forte charge positive de l'accélérateur. C'est pourquoi cette partie de l'appareil s'appelle un accélérateur tandem, car elle affecte les ions deux fois en utilisant les effets d'attraction et de répulsion dus à la charge électrique.
Une fois que les ions à grande vitesse ont quitté la section en tandem, le reste du spectromètre de masse à accélérateur est constitué d'aimants supplémentaires pouvant diriger le flux d'échantillon vers un détecteur qui compte le nombre de particules qui l'atteignent. Chaque section du spectromètre est connectée à des ordinateurs capables d'ajuster la force électrique et magnétique afin de contrôler le flux de produits. Les détecteurs sont extrêmement sensibles et peuvent détecter un ion radioactif sur plusieurs millions d'ions non radioactifs.
Outre son utilisation en archéologie et en géologie, un spectromètre de masse à accélérateur peut être utilisé pour les tests de diagnostic médical. Un élément radioactif, appelé traceur, peut être injecté à un patient ou inclus en petites quantités dans un médicament pris par le patient. Lorsque le corps absorbe le médicament, on peut voir l’élément traceur à l’aide d’échantillons introduits dans un spectromètre de masse à accélérateur. La capacité du spectromètre à voir de très petites quantités d'un élément radioactif rend la technique intéressante, car le patient voit de très faibles niveaux de radioactivité qui ne semblent pas causer de problèmes de santé.