Co to jest spektrometr masowy akceleratora?

Spektrometr mas akceleratora jest urządzeniem laboratoryjnym, które wykorzystuje kombinację magnetyzmu i wysokiego napięcia do pomiaru pierwiastków promieniotwórczych. Chociaż zostało to po raz pierwszy zademonstrowane w latach 30. XX wieku, zastosowanie akceleratorów w połączeniu ze spektrometrią mas stało się powszechne dopiero w latach 70. XX wieku. Spektrometria masowa jest pomiarem masy cząsteczki lub atomu poprzez oddzielenie różnych atomów według ich masy lub masy za pomocą pól magnetycznych.

Archeologia, badanie starożytnych cywilizacji, wykorzystuje obecność materiałów promieniotwórczych, głównie węgla, od początku XX wieku. Naukowiec może pobrać próbkę ze stanowiska archeologicznego, zmierzyć ilość radioaktywnego węgla-14 obecnego w próbce i oszacować wiek próbki lub artefaktu. Przed użyciem spektrometru mas akceleratora pomiar węgla-14 był czasochłonny i wymagał dużej ilości materiału. Nauka wykorzystywania węgla radioaktywnego do określania wieku starożytnych artefaktów jest znana jako „datowanie węgla”.

W spektrometrze mas akceleratora istnieje kilka różnych sekcji, ale podstawowym wyposażeniem jest separator magnetyczny i akcelerator tandemowy. Pierwsza część urządzenia wykorzystuje separator magnetyczny o niskiej mocy do usuwania niepożądanych cząstek lub cząsteczek ze strumienia próbki. Następnie próbka wchodzi do akceleratora tandemowego, który najpierw przyspiesza cząstki, przyciągając ujemnie naładowaną cząsteczkę dodatnim ładunkiem elektrycznym o wysokiej energii, przekraczającym miliony woltów.

Przyspieszone cząstki przechodzą następnie przez urządzenie do usuwania elektronów, które jest albo bardzo cienką warstwą węgla, albo specyficznym gazem. Elektrony są usuwane z cząstki, co daje dodatnio naładowany jon. Jony są teraz ponownie przyspieszane, ponieważ są odpychane przez wysoki ładunek dodatni akceleratora. Dlatego ta część urządzenia nazywana jest akceleratorem tandemowym, ponieważ dwukrotnie wpływa na jony, wykorzystując efekty przyciągania i odpychania z powodu ładunku elektrycznego.

Gdy jony o dużej prędkości opuszczą sekcję tandemową, pozostała część spektrometru masowego akceleratora to dodatkowe magnesy, które mogą skierować strumień próbki do detektora, który zlicza liczbę docierających do niego cząstek. Każda sekcja spektrometru jest podłączona do komputerów, które mogą regulować siłę elektryczną i magnetyczną w celu kontrolowania strumienia produktu. Detektory są niezwykle czułe i mogą wykryć jeden jon radioaktywny w wielu milionach nieradioaktywnych.

Oprócz zastosowania w archeologii i geologii, akcelerator spektrometru mas może być stosowany w medycznych badaniach diagnostycznych. Element radioaktywny, zwany znacznikiem, może być wstrzyknięty pacjentowi lub zawarty w niewielkich ilościach w leku przyjmowanym przez pacjenta. Gdy ciało wchłania lek, element znacznika można zobaczyć za pomocą próbek wprowadzonych do spektrometru mas akceleratora. Zdolność spektrometru do zobaczenia bardzo małych ilości pierwiastka promieniotwórczego sprawia, że ​​technika ta jest cenna, ponieważ pacjent widzi bardzo niski poziom radioaktywności, który nie jest uważany za powodujący problemy zdrowotne.