Phổ khối
Phát triển
Các máy gia tốc hạt được sử dụng trong vật lý hạt nhân có thể được xem là máy quang phổ khối có dạng khá méo mó, nhưng ba nguyên tố chính là nguồn ion, máy phân tích và máy dò luôn luôn có mặt. LW Alvarez và Robert Cornog của Hoa Kỳ lần đầu tiên sử dụng máy gia tốc làm máy quang phổ khối vào năm 1939 khi họ sử dụng cyclotron để chứng minh rằng helium-3 (3 He) ổn định hơn là hydro-3 (3H), một câu hỏi quan trọng trong vật lý hạt nhân tại thời điểm đó. Họ cũng chỉ ra rằng helium-3 là thành phần của helium tự nhiên. Phương pháp của họ giống như mô tả ở trên đối với omegatron ngoại trừ việc sử dụng cyclotron kích thước đầy đủ và nó dễ dàng phân biệt hai đồng vị. Phương pháp này đã không được sử dụng lại trong gần 40 năm; tuy nhiên, nó đã tìm thấy ứng dụng trong việc đo các đồng vị vũ trụ, các đồng vị phóng xạ được tạo ra bởi sự cố tia vũ trụ trên Trái đất hoặc các vật thể hành tinh. Các đồng vị này cực kỳ hiếm, có sự phong phú theo thứ tự một triệu triệu nguyên tố trên mặt đất tương ứng, tỷ lệ đồng vị vượt xa khả năng của máy quang phổ khối thông thường. Nếu thời gian bán hủy của đồng vị vũ trụ tương đối ngắn, chẳng hạn như beryllium-7 (7 Be; 53 ngày) hoặc carbon-14 (14 C; 5.730 năm), nồng độ của nó trong mẫu có thể được xác định bằng cách đếm phóng xạ; nhưng nếu thời gian bán hủy dài, chẳng hạn như beryllium-10 (10 Be; 1,5 triệu năm) hoặc clo-36 (36 Cl; 0,3 triệu năm), thì một khóa học như vậy là không hiệu quả. Ưu điểm của máy quang phổ khối máy gia tốc năng lượng lớn, lớn là khả năng chọn lọc của máy dò lớn, kết quả từ các ion có năng lượng gấp 1.000 lần so với bất kỳ máy nào có sẵn trước đây. Máy quang phổ khối thông thường gặp khó khăn trong việc đo lượng dư dưới một phần trăm của đồng vị tham chiếu, bởi vì các ion gây nhiễu được phân tán vào vị trí máy phân tích nơi cần tìm đồng vị có độ phong phú thấp. Các biện pháp phòng ngừa chân không và khử trùng cao có thể cải thiện điều này với hệ số 10 nhưng không phải là hệ số 100 triệu được yêu cầu. Một máy gia tốc bị khuyết tật này ở một mức độ thậm chí còn lớn hơn, và một lượng lớn các thùng rác thùng rác được tìm thấy tại vị trí phân tích dự kiến của đồng vị vũ trụ. Khả năng của một số loại máy dò hạt nhân nhất định có thể xác định rõ ràng các ion có liên quan cho phép máy quang phổ khối máy gia tốc khắc phục nhược điểm này và hoạt động như một công cụ phân tích mạnh mẽ.
Hoạt động của máy gia tốc tĩnh điện song song
Máy gia tốc tĩnh điện song song (xem máy gia tốc hạt: máy phát điện Van de Graaff) nhanh chóng thay thế tất cả các máy khác cho mục đích này, chủ yếu là vì nguồn ion của nó, nguồn tán xạ Caesium được mô tả ở trên, nằm gần tiềm năng mặt đất và có thể dễ dàng truy cập để thay đổi mẫu. Các ion phải âm tính, nhưng điều này không chứng tỏ là khuyết tật vì chúng được sản xuất dễ dàng và hiệu quả. Trước khi đi vào ống điện áp cao, các ion được phân tích khối lượng sao cho chỉ có chùm tia nổi lên tại vị trí khối lượng của đồng vị vũ trụ đi vào máy gia tốc; chùm đồng vị tham chiếu cường độ cao thường được đo tại vị trí này mà không cần vào máy gia tốc. Chùm tia đồng vị cosmogen bị thu hút vào cực điện áp cao của máy nơi va chạm với khí hoặc lá carbon mỏng hoặc cả hai dải điện tử khác nhau, do đó khiến đồng vị bị phân bố nhiều trạng thái điện tích dương bị đẩy lùi bởi thiết bị đầu cuối tích điện dương. Tất cả các ion phân tử bị phá vỡ. Các chùm tia mới nổi sau đó đi qua các trường phân tích trong đó một nam châm phân tán cao là phần chính. Khi rời khỏi máy phân tích, chùm tia đi vào máy dò. Mỗi ion được kiểm tra riêng theo cách cho phép nhận dạng của nó. Cách phổ biến nhất để thực hiện việc này là sử dụng kết hợp hai máy dò hạt: một máy dò đo tốc độ hạt mất năng lượng khi truyền qua một chiều dài vật chất nhất định, trong khi máy kia đồng thời đo tổng năng lượng của hạt. Tổng số được lưu trữ trong các thùng của một mảng máy tính hai chiều, tọa độ của chúng được cho bởi biên độ của các tín hiệu từ hai máy dò. Nhiều ion thùng rác Các ion khác nhận các giá trị từ hai máy dò lấp đầy các vùng của mảng dữ liệu nhưng thường không chồng lấp vùng được xác định rõ bị chiếm bởi ion chủ thể. Mỗi loại đồng vị đòi hỏi một hệ thống máy dò được thiết kế đặc biệt với các trường phân tích bổ sung khác nhau và, trong một số trường hợp, thậm chí sử dụng các kỹ thuật thời gian bay. Một sơ đồ của máy quang phổ khối máy gia tốc được thể hiện trong Hình 8.
