Vad är en accelerationsmassespektrometer?
En accelerationsmasspektrometer är en laboratorieenhet som använder en kombination av magnetism och högspänning för att mäta radioaktiva element. Även om det först demonstrerades på 1930-talet, blev användningen av acceleratorer i kombination med masspektrometri inte vanligt förrän på 1970-talet. Masspektrometri är mätningen av en molekyl eller atoms massa genom att separera olika atomer genom deras vikt eller massa med hjälp av magnetfält.
Arkeologi, studien av forntida civilisationer, har använt förekomsten av radioaktiva material, främst kol, sedan början av 1900-talet. En forskare kan ta ett prov från en arkeologisk plats, mäta mängden radioaktivt kol-14 som finns i provet och uppskatta åldern på provet eller artefakten. Innan användningen av en accelerator-masspektrometer var mätning av kol-14 tidskrävande och krävde en stor mängd material. Vetenskapen om att använda radioaktivt kol för att bestämma åldern på antika artefakter kallas "kolldatering".
Det finns flera olika sektioner i en accelerationsmasspektrometer, men den primära utrustningen är en magnetisk separator och en tandemaccelerator. Den första delen av enheten använder en låg effekt magnetisk separator för att ta bort oönskade partiklar eller molekyler från provströmmen. Sedan kommer provet in i tandemacceleratorn, som först accelererar partiklarna genom att attrahera den negativt laddade partikeln med en högenergipositiv elektrisk laddning, som överstiger miljoner volt.
De accelererade partiklarna passerar sedan genom en elektronavdrivare, som antingen är ett mycket tunt kolskikt eller en specifik gas. Elektroner avlägsnas från partikeln, vilket resulterar i en positivt laddad jon. Jonerna accelereras nu igen eftersom de avvisas av gasens höga positiva laddning. Det är därför denna del av enheten kallas en tandemaccelerator, eftersom den påverkar jonerna två gånger med effekterna av attraktion och avstötning på grund av den elektriska laddningen.
När väl höghastighetsjonerna lämnar tandemsektionen är resten av acceleratormasspektrometern ytterligare magneter som kan rikta provströmmen till en detektor som räknar antalet partiklar som når den. Varje sektion av spektrometern är ansluten till datorer som kan justera elektrisk och magnetisk styrka för att kontrollera produktströmmen. Detektorerna är extremt känsliga och kan känna en radioaktiv jon hos många miljoner icke-radioaktiva.
Tillsammans med dess användning inom arkeologi och geologi kan en acceleratormasspektrometer användas i medicinsk diagnostisk testning. Ett radioaktivt element, kallad en spårämne, kan injiceras i en patient eller inkluderas i små mängder i ett läkemedel som tas av patienten. När kroppen absorberar läkemedlet kan spårelementet ses med hjälp av prover införda i en acceleratormasspektrometer. Spektrometerns förmåga att se mycket små mängder av ett radioaktivt element gör tekniken värdefull, eftersom patienten ser mycket låga nivåer av radioaktivitet som inte tros orsaka hälsoproblem.