Что такое ускорительный масс-спектрометр?

Ускорительный масс-спектрометр - это лабораторное устройство, которое использует комбинацию магнетизма и высокого напряжения для измерения радиоактивных элементов. Хотя это было впервые продемонстрировано в 1930-х годах, использование ускорителей в сочетании с масс-спектрометрией не стало обычным явлением до 1970-х годов. Масс-спектрометрия - это измерение массы молекулы или атома путем разделения различных атомов по их массе или массе с использованием магнитных полей.

Археология, изучение древних цивилизаций, использовала наличие радиоактивных материалов, в первую очередь углерода, с начала 20-го века. Ученый может взять образец из археологических раскопок, измерить количество радиоактивного углерода-14, присутствующего в образце, и оценить возраст образца или артефакта. До использования ускорительного масс-спектрометра измерение углерода-14 занимало много времени и требовало большого количества материала. Наука об использовании радиоактивного углерода для определения возраста древних артефактов известна как «углеродное датирование».

В ускорительном масс-спектрометре есть несколько различных секций, но основным оборудованием является магнитный сепаратор и тандемный ускоритель. В первой части устройства используется магнитный сепаратор малой мощности для удаления нежелательных частиц или молекул из потока пробы. Затем образец поступает в тандемный ускоритель, который сначала ускоряет частицы, притягивая отрицательно заряженную частицу с помощью высокоэнергетического положительного электрического заряда, превышающего миллионы вольт.

Ускоренные частицы затем проходят через стриппер электронов, который представляет собой либо очень тонкий слой углерода, либо специфический газ. Электроны удаляются из частицы, в результате чего получается положительно заряженный ион. Ионы теперь снова ускоряются, потому что они отталкиваются от высокого положительного заряда ускорителя. Вот почему эту часть устройства называют тандемным ускорителем, потому что он воздействует на ионы дважды, используя эффекты притяжения и отталкивания из-за электрического заряда.

Как только высокоскоростные ионы покидают тандемную секцию, оставшаяся часть ускорительного масс-спектрометра представляет собой дополнительные магниты, которые могут направлять поток образца на детектор, который подсчитывает количество частиц, достигающих его. Каждая секция спектрометра связана с компьютерами, которые могут регулировать электрическую и магнитную силу для управления потоком продукта. Детекторы чрезвычайно чувствительны и могут обнаруживать один радиоактивный ион во многих миллионах нерадиоактивных.

Наряду с его использованием в археологии и геологии, ускорительный масс-спектрометр может использоваться в медицинском диагностическом тестировании. Радиоактивный элемент, называемый индикатором, может вводиться пациенту или включаться в небольших количествах в препарат, принимаемый пациентом. Когда организм поглощает лекарство, индикаторный элемент можно увидеть, используя образцы, введенные в ускорительный масс-спектрометр. Способность спектрометра видеть очень маленькие количества радиоактивного элемента делает метод ценным, потому что пациент видит очень низкие уровни радиоактивности, которые, как полагают, не вызывают проблем со здоровьем.