Hva er et akselerator-massespektrometer?

Et akselerasjonsmassespektrometer er et laboratorieutstyr som bruker en kombinasjon av magnetisme og høyspenning for å måle radioaktive elementer. Selv om det ble demonstrert første gang på 1930-tallet, ble bruken av gasspedisjoner kombinert med massespektrometri ikke vanlig før på 1970-tallet. Massespektrometri er målingen av et molekyl eller atoms masse ved å separere forskjellige atomer etter deres vekt eller masse ved bruk av magnetiske felt.

Arkeologi, studien av gamle sivilisasjoner, har brukt tilstedeværelsen av radioaktive materialer, først og fremst karbon, siden begynnelsen av 1900-tallet. En forsker kunne ta en prøve fra et arkeologisk sted, måle mengden radioaktivt karbon-14 som er til stede i prøven, og estimere alderen på prøven eller gjenstanden. Før bruken av et akselerasjonsmassespektrometer var måling av karbon-14 tidkrevende og krevde en stor mengde materiale. Vitenskapen om å bruke radioaktivt karbon for å bestemme alderen på gamle gjenstander er kjent som "karbondatering."

Det er flere forskjellige seksjoner i et akselerasjonsmassespektrometer, men det primære utstyret er en magnetisk separator og en tandemakselerator. Den første delen av enheten bruker en laveffekt magnetisk separator for å fjerne uønskede partikler eller molekyler fra prøvestrømmen. Deretter går prøven inn i tandemakseleratoren, som først akselererer partiklene ved å tiltrekke den negativt ladede partikkelen med en høyenergipositiv elektrisk ladning, som overstiger millioner volt.

De akselererte partiklene passerer deretter gjennom en elektronstripper, som enten er et veldig tynt karbonlag eller en spesifikk gass. Elektroner fjernes fra partikkelen, noe som resulterer i et positivt ladet ion. Ionene akselereres nå igjen, fordi de blir frastøtt av den høye positive ladningen til gasspedalen. Dette er grunnen til at denne delen av enheten kalles en tandemakselerator, fordi den påvirker ionene to ganger ved å bruke effekten av tiltrekning og frastøtning på grunn av den elektriske ladningen.

Når høyhastighetsionene forlater tandemseksjonen, er resten av akseleratorens massespektrometer ytterligere magneter som kan lede prøvestrømmen til en detektor som teller antall partikler som når den. Hver del av spektrometeret er koblet til datamaskiner som kan justere elektrisk og magnetisk styrke for å kontrollere produktstrømmen. Detektorene er ekstremt følsomme og kan føle et radioaktivt ion i mange millioner ikke-radioaktive.

Sammen med dets bruk i arkeologi og geologi kan et akselerasjonsmassespektrometer brukes i medisinsk diagnostisk testing. Et radioaktivt element, kalt en sporstoff, kan injiseres i en pasient eller inkluderes i små mengder i et medikament tatt av pasienten. Når kroppen absorberer stoffet, kan sporstoffet sees ved hjelp av prøver innført i et akselerasjonsmassespektrometer. Spektrometerets evne til å se veldig små mengder av et radioaktivt element gjør teknikken verdifull, fordi pasienten ser veldig lave nivåer av radioaktivitet som ikke antas å forårsake helseproblemer.