เครื่องเร่งมวลสารมวลสาร
พัฒนาการ
เครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ในฟิสิกส์นิวเคลียร์นั้นสามารถมองได้ว่าเป็นสเปกโตรมิเตอร์มวลในรูปแบบที่บิดเบี้ยว แต่องค์ประกอบหลักสามอย่างคือแหล่งกำเนิดไอออนเครื่องวิเคราะห์และเครื่องตรวจจับนั้นมีอยู่เสมอ LW Alvarez และ Robert Cornog แห่งสหรัฐอเมริกาใช้เครื่องเร่งความเร็วเป็นสเปคโตรมิเตอร์ในปี 1939 เมื่อใช้ cyclotron เพื่อแสดงให้เห็นว่าฮีเลียม -3 (3 He) มีความเสถียรมากกว่าไฮโดรเจน -3 (3)H) คำถามสำคัญในวิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์ในเวลานั้น พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าฮีเลียม -3 เป็นองค์ประกอบของฮีเลียมธรรมชาติ วิธีการของพวกเขาเหมือนกับที่ได้อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับโอเมกาตรอนยกเว้นว่าใช้ไซโคลตรอนขนาดเต็มและแยกไอโซโทปไอโซโทปทั้งสองได้ง่าย วิธีการนี้ไม่ได้ใช้อีกเป็นเวลาเกือบ 40 ปี อย่างไรก็ตามพบการประยุกต์ใช้ในการวัดไอโซโทป cosmogenic, ไอโซโทปรังสีที่เกิดจากรังสีคอสมิกที่เกิดขึ้นบนโลกหรือวัตถุดาวเคราะห์ ไอโซโทปเหล่านี้หายากเหลือเกินมีความอุดมสมบูรณ์ตามลำดับขององค์ประกอบภาคพื้นดินที่สอดคล้องกันหนึ่งล้านล้านซึ่งเป็นอัตราส่วนไอโซโทปไกลเกินความสามารถของสเปกโตรมิเตอร์มวลปกติ หากครึ่งชีวิตของไอโซโทป cosmogenic ค่อนข้างสั้นเช่นเบริลเลียม -7 (7 Be; 53 วัน) หรือคาร์บอน -14 (14 C; 5,730 ปี) ความเข้มข้นของมันในตัวอย่างสามารถถูกกำหนดโดยการนับกัมมันตรังสี; แต่ถ้าครึ่งชีวิตยาวเช่นเบริลเลียม -10 (10คน; 1.5 ล้านปี) หรือคลอรีน -36 (36 cl; 0.3 ล้านปี) หลักสูตรดังกล่าวไม่มีประสิทธิภาพ ข้อได้เปรียบของสเปกโตรมิเตอร์มวลเร่งความเร็วสูงขนาดใหญ่คือการเลือกเครื่องตรวจจับที่ยอดเยี่ยมซึ่งเป็นผลมาจากไอออนที่มีพลังงานมากกว่า 1,000 เท่าของเครื่องที่มีให้ก่อนหน้านี้ สเปคโตรมิเตอร์มวลธรรมดามีความยากลำบากในการวัดความอุดมสมบูรณ์น้อยกว่าหนึ่งร้อยพันของไอโซโทปอ้างอิงเนื่องจากไอออนที่กระจัดกระจายอยู่กระจัดกระจายไปยังตำแหน่งของเครื่องวิเคราะห์ที่จะหาไอโซโทปความอุดมสมบูรณ์ต่ำ ข้อควรระวังสูญญากาศสูงและการกระจายตัวที่รุนแรงสามารถปรับปรุงสิ่งนี้ได้ด้วยปัจจัย 10 แต่ไม่ใช่ปัจจัย 100 ล้านที่จำเป็น คันเร่งทนทุกข์ทรมานจากข้อบกพร่องนี้ถึงระดับที่ยิ่งใหญ่กว่าและพบว่ามีจำนวนมากของ "ขยะ" ไอออนที่ตั้งของเครื่องวิเคราะห์ที่คาดหวังของไอโซโทป cosmogenic ความสามารถของเครื่องตรวจจับอนุภาคนิวเคลียร์บางชนิดในการระบุไอออนที่เกี่ยวข้องอย่างไม่น่าสงสัยทำให้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลเร่งความเร็วเพื่อเอาชนะข้อบกพร่องและฟังก์ชั่นนี้เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพ
การทำงานของคันเร่งไฟฟ้าสถิตควบคู่
เครื่องเร่งไฟฟ้าสถิตแบบตีคู่ (ดูเครื่องเร่งอนุภาค: เครื่องปั่นไฟ Van de Graaff) ย้ายเครื่องจักรอื่น ๆ ทั้งหมดอย่างรวดเร็วเพื่อจุดประสงค์นี้ส่วนใหญ่เนื่องจากแหล่งกำเนิดไอออนแหล่งกำเนิดซีเซียมซีเซียมที่อธิบายข้างต้นตั้งอยู่ใกล้ศักยภาพของพื้นดินและสามารถเข้าถึงตัวอย่างได้ง่าย ไอออนจะต้องเป็นค่าลบ แต่สิ่งนี้ไม่ได้พิสูจน์ว่าเป็นแฮนดิแคปเนื่องจากผลิตได้ง่ายและมีประสิทธิภาพ ก่อนที่จะเข้าสู่หลอดไฟฟ้าแรงสูงไอออนจะถูกวิเคราะห์มวลเพื่อให้มีลำแสงเกิดขึ้นที่ตำแหน่งมวลของไอโซโทป cosmogenic เท่านั้นที่เข้าสู่คันเร่ง ลำแสงไอโซโทปอ้างอิงที่รุนแรงมักถูกวัดที่ตำแหน่งนี้โดยไม่ต้องเข้าคันเร่งเลย ลำแสงไอโซโทป cosmogenic ถูกดึงดูดไปยังสถานีไฟฟ้าแรงสูงของที่ชนกับก๊าซหรือฟอยล์คาร์บอนบาง ๆ หรือทั้งสองแถบจำนวนอิเล็กตรอนต่าง ๆ จำนวนมากจึงออกจากไอโซโทปของเรื่องที่มีการกระจายของค่าบวกหลายรัฐที่มันไส้ ขั้วที่มีประจุบวก อิออนโมเลกุลทั้งหมดจะแตกออก ลำแสงที่เกิดขึ้นใหม่จะผ่านการวิเคราะห์สนามแม่เหล็กที่มีการกระจายตัวสูงเป็นส่วนหลัก เมื่อออกจากเครื่องวิเคราะห์ลำแสงจะเข้าสู่เครื่องตรวจจับ ไอออนแต่ละตัวจะถูกตรวจสอบเป็นรายบุคคลในลักษณะที่ช่วยให้สามารถสร้างตัวตนได้ วิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการทำเช่นนี้คือการใช้การรวมกันของเครื่องตรวจจับอนุภาคสองเครื่อง: เครื่องตรวจจับตัวหนึ่งวัดอัตราที่อนุภาคสูญเสียพลังงานเมื่อผ่านระยะเวลาที่กำหนดของสสารในขณะที่อีกเครื่องตรวจวัดพลังงานทั้งหมดของอนุภาค จำนวนจะถูกเก็บไว้ในถังขยะของอาเรย์คอมพิวเตอร์สองมิติพิกัดที่กำหนดโดยแอมพลิจูดของสัญญาณจากเครื่องตรวจจับทั้งสอง ไอออน“ ถังขยะ” จำนวนมากใช้ค่าจากเครื่องตรวจจับสองตัวที่เติมพื้นที่ของอาร์เรย์ข้อมูล แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่ซ้อนทับบริเวณที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งครอบครองโดยหัวเรื่องของไอออน ไอโซโทปแต่ละประเภทต้องการระบบตรวจจับที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษพร้อมด้วยฟิลด์วิเคราะห์เพิ่มเติมที่หลากหลายและในบางกรณีแม้แต่การใช้เทคนิคเวลาบิน แผนผังไดอะแกรมของเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลเร่งแสดงในรูปที่ 8
