Hızlandırıcı kütle spektrometresi
gelişme
Nükleer fizikte kullanılan parçacık hızlandırıcıları, oldukça çarpık formların kütle spektrometreleri olarak görülebilir, ancak her zaman üç temel element - iyon kaynağı, analizör ve dedektör - mevcuttur. Amerika Birleşik Devletleri'nden LW Alvarez ve Robert Cornog ilk olarak 1939'da helyum-3'ün (3 He) hidrojen-3 (3) yerine kararlı olduğunu göstermek için bir siklotron kullandıklarında bir kütle spektrometresi olarak bir hızlandırıcı kullandılar.H), o zamanlar nükleer fizikte önemli bir soru. Helyum-3'ün doğal helyumun bir bileşeni olduğunu da gösterdiler. Yöntemleri, tam boyutlu bir siklotronun kullanılması dışında yukarıda omegatron için tarif edilenle aynıydı ve iki izotopu kolayca ayırt edebildi. Yöntem yaklaşık 40 yıl boyunca tekrar kullanılmadı; bununla birlikte, kozmojenik izotopları, Dünya üzerinde meydana gelen kozmik ışınların ürettiği radyoizotopları veya gezegensel nesneleri ölçmede uygulama bulmuştur. Bu izotoplar, son derece nadirdir, normal kütle spektrometrelerinin yeteneklerinin çok ötesinde bir izotopik oran olan, karşılık gelen karasal elementin bir milyon milyonu civarında bolluklara sahiptir. Bir kozmojenik izotopun yarı ömrü, berilyum-7 (7 Be; 53 gün) veya karbon-14 (14 C; 5.730 yıl) gibi nispeten kısa ise, bir numunedeki konsantrasyonu radyoaktif sayım ile belirlenebilir; ancak yarılanma ömrü uzunsa, örneğin berilyum-10 (10 Be; 1,5 milyon yıl) veya klor-36 (36 Cl; 0,3 milyon yıl) gibi bir kurs etkisizdir. Büyük, yüksek enerjili hızlandırıcı kütle spektrometresinin avantajı, önceden mevcut herhangi bir makinenin sağlayabileceğinden 1000 kat daha fazla enerjiye sahip iyonlardan kaynaklanan mükemmel dedektör seçiciliğidir. Geleneksel kütle spektrometreleri, referans izotopun yüz binde birinden daha az bolluğu ölçmekte güçlük çeker, çünkü müdahale eden iyonlar, düşük bolluklu izotopun aranacağı analizör konumuna saçılır. Aşırı yüksek vakum ve anti-katlanma önlemleri bunu 10 kat artırabilir, ancak gerekli olan 100 milyon faktörü iyileştiremez. Bir hızlandırıcı bu kusurdan daha da büyük bir dereceye kadar acı çeker ve kozmojenik izotopun beklenen analizör konumunda büyük miktarlarda “çöp” iyonları bulunur. Bazı nükleer partikül detektörlerinin ilgili iyonu kesin olarak tanımlayabilmesi, hızlandırıcı kütle spektrometresinin bu eksikliğin üstesinden gelmesini ve güçlü bir analitik araç olarak işlev görmesini sağlar.
Tandem elektrostatik hızlandırıcının çalışması
Tandem elektrostatik hızlandırıcı (bkz. Partikül hızlandırıcı: Van de Graaff jeneratörleri) bu amaç için diğer tüm makineleri hızla değiştirdi, çünkü öncelikle iyon kaynağı, yukarıda tarif edilen sezyum püskürtme kaynağı yer potansiyelinin yakınında ve örnekleri değiştirmek için kolayca erişilebilir. İyonların negatif olması gerekir, ancak bu kolay ve verimli bir şekilde üretildikleri için bir handikap olmadığı kanıtlanmaz. Yüksek voltajlı tüpe girmeden önce, iyonlar kütle analiz edilir, böylece sadece kozmojenik izotopun kütle yerinde ortaya çıkan ışın hızlandırıcıya girer; yoğun referans izotop ışını genellikle bu konuma hızlandırıcıya girmeden ölçülür. Kozmojenik izotop ışını, gaz veya ince bir karbon folyo ile çarpışmanın veya her ikisinin birden fazla sayıda elektron şeritlediği makinenin yüksek voltaj terminaline çekilir, böylece denek izotopunu, itilen çoklu pozitif şarj durumlarının bir dağılımıyla bırakır. pozitif yüklü terminal. Tüm moleküler iyonlar parçalanır. Ortaya çıkan ışın daha sonra, yüksek dağılım mıknatısının ana kısım olduğu analiz alanlarından geçer. Analizörden ayrıldıktan sonra ışın dedektöre girer. Her iyon, kimliğinin oluşturulmasına izin verecek şekilde ayrı ayrı incelenir. Bunu yapmanın en yaygın yolu, iki parçacık detektörünün bir kombinasyonunu kullanmaktır: bir dedektör, belirli bir uzunluktaki maddeyi geçerken parçacığın enerji kaybetme hızını ölçer, diğeri ise aynı anda parçacığın toplam enerjisini ölçer. Sayımlar, koordinatları iki detektörden gelen sinyallerin genlikleri tarafından verilen iki boyutlu bir bilgisayar dizisinin kutularında saklanır. Çok sayıda "çöp" iyonu, veri dizisinin bölgelerini dolduran ancak genellikle söz konusu iyon tarafından işgal edilen iyi tanımlanmış bölgeyle örtüşmeyen iki detektörden değerleri alır. Her tür izotop, çeşitli ek analiz alanlarına ve hatta bazı durumlarda uçuş zamanı tekniklerinin kullanılmasına sahip özel olarak tasarlanmış bir dedektör sistemi gerektirir. Hızlandırıcı kütle spektrometresinin şematik diyagramı Şekil 8'de gösterilmektedir.
