Paātrinātāja masas spektrometrija
Attīstība
Daļiņu paātrinātājus, ko izmanto kodolfizikā, var uzskatīt par diezgan izkropļotu masu spektrometriem, bet trīs galvenie elementi - jonu avots, analizators un detektors - vienmēr atrodas. LW Alvarezs un Roberts Kornogs no ASV pirmo reizi izmantoja paātrinātāju kā masas spektrometru 1939. gadā, kad izmantoja ciklotronu, lai parādītu, ka hēlijs-3 (3 He) ir stabils, nevis ūdeņradis-3 (3).H), svarīgs jautājums kodolfizikā tajā laikā. Viņi arī parādīja, ka hēlijs-3 bija dabiskā hēlija sastāvdaļa. Viņu metode bija tāda pati kā iepriekš aprakstītā omegatronam, izņemot to, ka tika izmantots pilna izmēra ciklotrons, un tas viegli atšķīra divus izotopus. Metode vairs netika izmantota gandrīz 40 gadus; tomēr tas ir atradis pielietojumu kosmogēno izotopu, radioizotopu, ko rada kosmiskie stari, iedarbībā uz Zemes, vai planētu objektos. Šie izotopi ir ārkārtīgi reti sastopami, un tiem ir aptuveni viena miljona miljonā daļa attiecīgā zemes elementa, kas ir izotopu attiecība, kas ievērojami pārsniedz parasto masas spektrometru iespējas. Ja kosmogēnā izotopa pussabrukšanas periods ir salīdzinoši īss, piemēram, berilijs-7 (7 Be; 53 dienas) vai ogleklis-14 (14 C; 5730 gadi), tā koncentrāciju paraugā var noteikt ar radioaktīvo saskaitīšanu; bet, ja pussabrukšanas periods ir garš, piemēram, berilijs-10 (10 Be; 1,5 miljoni gadu) vai hlors-36 (36 Cl; 0,3 miljoni gadu), šāds kurss nav efektīvs. Liela, augstas enerģijas paātrinātāja masas spektrometra priekšrocība ir lielā detektora selektivitāte, kas rodas joniem ar 1000 reižu lielāku enerģiju, nekā varētu nodrošināt jebkura iepriekš pieejama mašīna. Parastajiem masas spektrometriem ir grūti izmērīt pārpilnību, kas mazāka par simt tūkstošdaļu no atsauces izotopa, jo traucējošie joni ir izkaisīti analizatora vietā, kur jācenšas izotopu ar nelielu daudzumu. Augsta vakuuma un piesardzības pasākumi ārkārtas situācijās to var uzlabot ar koeficientu 10, bet ne par nepieciešamo 100 miljonu. Paātrinātājs vēl vairāk cieš no šī defekta, un kosmogēnā izotopa paredzamajā analizatora vietā tiek atrasti lieli “miskastes” jonu daudzumi. Dažu veidu kodoldaļiņu detektoru spēja viennozīmīgi identificēt attiecīgo jonu ļauj akseleratora masas spektrometram novērst šo nepilnību un darboties kā spēcīgs analītiskais rīks.
Tandēma elektrostatiskā paātrinātāja darbība
Tandēma elektrostatiskais paātrinātājs (sk. Daļiņu paātrinātāju: Van de Graaff ģeneratori) šim nolūkam ātri pārvietoja visas citas mašīnas, galvenokārt tāpēc, ka tā jonu avots, iepriekš aprakstītais cēzija izsmidzināšanas avots, atrodas tuvu zemes potenciālam un ir viegli pieejams paraugu mainīšanai. Joniem jābūt negatīviem, taču tas neliecina par traucējumiem, jo tos viegli un efektīvi ražo. Pirms ieiešanas augstsprieguma caurulē jonus veic masveida analīzi, lai paātrinātājā nonāktu tikai stars, kas parādās kosmogēnā izotopa masas vietā; intensīvu atskaites izotopu staru kūli bieži mēra šajā vietā, vispār neieejot paātrinātājā. Kosmogēno izotopu staru pievilina mašīnas augstsprieguma spailē, kur notiek sadursmes ar gāzi vai plānu oglekļa foliju vai abiem, noņemot dažādu skaitu elektronu, tādējādi atstājot subjekta izotopu ar vairāku pozitīvā lādiņa stāvokļu sadalījumu, kurus atgrūž pozitīvi uzlādēts terminālis. Visi molekulārie joni ir sadalīti. Tad jaunais stars iziet cauri, analizējot laukus, kuru galvenā sastāvdaļa ir augstas izkliedes magnēts. Izkāpjot no analizatora, stars nonāk detektorā. Katru jonu pārbauda atsevišķi tādā veidā, kas ļauj noteikt tā identitāti. Visizplatītākais veids, kā to izdarīt, ir, izmantojot divu daļiņu detektoru kombināciju: viens detektors mēra ātrumu, kādā daļiņa zaudē enerģiju, dodoties garām noteiktam vielas garumam, bet otrs vienlaikus mēra kopējo daļiņas enerģiju. Skaitļi tiek glabāti divdimensiju datoru bloka konteineros, kuru koordinātas norāda signālu amplitūdas no diviem detektoriem. Daudzie “miskastes” joni iegūst vērtības no diviem detektoriem, kas aizpilda datu masīva apgabalus, bet parasti nepārklājas ar precīzi noteiktu reģionu, kuru aizņem subjekts jons. Katram izotopu veidam nepieciešama speciāli izstrādāta detektoru sistēma ar dažādiem papildu analīzes laukiem un dažos gadījumos pat ar lidojuma laika paņēmienu izmantošanu. Paātrinātāja masas spektrometra shematiska diagramma parādīta 8. attēlā.
