Wat is een accelerator massaspectrometer?
Een accelerator massaspectrometer is een laboratoriumapparaat dat een combinatie van magnetisme en hoogspanning gebruikt om radioactieve elementen te meten. Hoewel het voor het eerst werd aangetoond in de jaren 1930, werd het gebruik van versnellers in combinatie met massaspectrometrie pas in de jaren 1970 gemeengoed. Massaspectrometrie is de meting van een molecuul of atoommassa door verschillende atomen te scheiden op basis van hun gewicht of massa met behulp van magnetische velden.
Archeologie, de studie van oude beschavingen, maakt sinds het begin van de 20e eeuw gebruik van de aanwezigheid van radioactieve materialen, voornamelijk koolstof. Een wetenschapper kan een monster nemen van een archeologische vindplaats, de hoeveelheid radioactief koolstof-14 in het monster meten en de leeftijd van het monster of artefact schatten. Vóór het gebruik van een versnellingsmassaspectrometer was het meten van koolstof-14 tijdrovend en vereiste een grote hoeveelheid materiaal. De wetenschap van het gebruik van radioactieve koolstof om de leeftijd van oude artefacten te bepalen, staat bekend als 'koolstofdatering'.
Er zijn verschillende secties in een massaspectrometer van de versneller, maar de primaire apparatuur is een magnetische scheider en een tandemversneller. Het eerste deel van de eenheid gebruikt een magnetische scheider met laag vermogen om ongewenste deeltjes of moleculen uit de monsterstroom te verwijderen. Vervolgens komt het monster in de tandemversneller, die eerst de deeltjes versnelt door het negatief geladen deeltje aan te trekken met een hoge-energie positieve elektrische lading, die miljoenen volt overschrijdt.
De versnelde deeltjes passeren vervolgens een elektronenstripper, die een zeer dunne laag koolstof of een specifiek gas is. Elektronen worden uit het deeltje verwijderd, wat resulteert in een positief geladen ion. De ionen worden nu weer versneld, omdat ze worden afgestoten door de hoge positieve lading van het gaspedaal. Dit is de reden waarom dit deel van het apparaat een tandemversneller wordt genoemd, omdat het de ionen twee keer beïnvloedt met behulp van de effecten van aantrekking en afstoting vanwege de elektrische lading.
Zodra de hogesnelheidionen de tandemsectie verlaten, bestaat de rest van de massaspectrometer van de versneller uit extra magneten die de monsterstroom naar een detector kunnen sturen die het aantal deeltjes telt dat deze bereikt. Elke sectie van de spectrometer is verbonden met computers die de elektrische en magnetische sterkte kunnen aanpassen om de productstroom te regelen. De detectoren zijn extreem gevoelig en kunnen een radioactief ion detecteren in vele miljoenen niet-radioactieve ionen.
Samen met het gebruik ervan in archeologie en geologie kan een massaspectrometer voor versnellers worden gebruikt bij medische diagnostische tests. Een radioactief element, een tracer genoemd, kan in een patiënt worden geïnjecteerd of in kleine hoeveelheden worden opgenomen in een medicijn dat door de patiënt wordt ingenomen. Terwijl het lichaam het medicijn absorbeert, kan het tracer-element worden gezien met behulp van monsters die zijn geïntroduceerd in een massaspectrometer van de versneller. Het vermogen van de spectrometer om zeer kleine hoeveelheden van een radioactief element te zien, maakt de techniek waardevol, omdat de patiënt zeer lage niveaus van radioactiviteit ziet waarvan niet wordt aangenomen dat deze gezondheidsproblemen veroorzaken.