加速器質量分析計とは何ですか？

加速器質量分析計は、磁気と高電圧を組み合わせて放射性元素を測定する実験装置です。 1930年代に初めて実証されましたが、質量分析と組み合わせた加速器の使用は1970年代まで一般的ではありませんでした。 質量分析は、磁場を使用して重量または質量で異なる原子を分離することにより、分子または原子の質量を測定します。

古代文明の研究である考古学は、20世紀初頭から放射性物質、主に炭素の存在を利用してきました。 科学者は考古学的な場所からサンプルを採取し、サンプルに存在する放射性炭素-14の量を測定し、サンプルまたは人工物の年齢を推定することができます。 加速器質量分析計を使用する前は、炭素14の測定には時間がかかり、大量の材料が必要でした。 放射性炭素を使用して古代の遺物の年代を特定する科学は、「炭素年代測定」として知られています。

加速器質量分析計にはいくつかの異なるセクションがありますが、主要な機器は磁気分離器とタンデム加速器です。 ユニットの最初の部分では、低電力の磁気分離器を使用して、サンプルストリームから不要な粒子または分子を除去します。 次に、サンプルはタンデム加速器に入ります。タンデム加速器は、数百万ボルトを超える高エネルギーの正電荷で負に帯電した粒子を引き付けることにより、粒子を最初に加速します。

加速された粒子は、電子ストリッパーを通過します。電子ストリッパーは、カーボンまたは特定のガスの非常に薄い層です。 電子が粒子から除去され、正に帯電したイオンが生成されます。 イオンは加速器の高い正電荷によって反発されるため、イオンは再び加速されます。 デバイスのこの部分がタンデム加速器と呼ばれる理由は、電荷による引力と反発の効果を使用してイオンに2回影響するためです。

高速イオンがタンデムセクションを出ると、加速器質量分析計の残りの部分は、磁石に到達し、そこに到達する粒子の数をカウントする検出器にサンプルストリームを向けることができます。 分光計の各セクションは、製品の流れを制御するために電気的および磁気的強度を調整できるコンピューターに接続されています。 検出器は非常に感度が高く、何百万もの非放射性イオンのうちの1つの放射性イオンを検出できます。

考古学および地質学での使用に加えて、加速器質量分析計は医療診断テストで使用できます。 トレーサーと呼ばれる放射性元素は、患者に注射したり、患者が摂取した薬に少量含まれたりすることがあります。 身体が薬物を吸収すると、加速器質量分析計に導入されたサンプルを使用してトレーサー要素を見ることができます。 患者が健康上の懸念を引き起こすとは考えられない非常に低いレベルの放射能を見るので、分光計が放射性元素の非常に少量を見る能力は技術を貴重にします。