Kas ir akseleratora masas spektrometrs?

Arheoloģija, seno civilizāciju izpēte, kopš 20. gadsimta sākuma ir izmantojusi radioaktīvo materiālu, galvenokārt oglekļa, klātbūtni. Zinātnieks varētu paņemt paraugu no arheoloģiskās vietas, izmērīt paraugā esošā radioaktīvā oglekļa-14 daudzumu un novērtēt parauga vai artefakta vecumu. Pirms akseleratora masas spektrometra izmantošanas oglekļa-14 mērīšana bija laikietilpīga un prasīja lielu daudzumu materiāla. Zinātne par radioaktīvā oglekļa izmantošanu seno artefaktu vecuma noteikšanai ir pazīstama kā “oglekļa datēšana”.

Akseleratora masas spektrometrā ir vairākas dažādas sadaļas, bet primārais aprīkojums ir magnētiskais separators un tandēma paātrinātājs. Iekārtas pirmajā daļā tiek izmantots mazjaudas magnētiskais separators, lai no parauga plūsmas noņemtu nevēlamās daļiņas vai molekulas. Pēc tam paraugs nonāk tandēma paātrinātājā, kas vispirms paātrina daļiņas, piesaistot negatīvi lādēto daļiņu ar augstas enerģijas pozitīvu elektrisko lādiņu, kas pārsniedz miljonus voltu.

Paātrinātās daļiņas pēc tam iziet caur elektronu noņēmēju, kas ir vai nu ļoti plāns oglekļa slānis, vai īpaša gāze. No daļiņas tiek noņemti elektroni, kā rezultātā veidojas pozitīvi lādēts jons. Joni tagad atkal tiek paātrināti, jo tos atgrūž augstais paātrinātāja pozitīvais lādiņš. Tāpēc šo ierīces daļu sauc par tandēma paātrinātāju, jo tā divreiz ietekmē jonus, izmantojot elektriskā lādiņa pievilkšanas un atgrūšanas efektus.

Kad ātrgaitas joni atstāj tandēma sekciju, akseleratora masas spektrometra atlikusī daļa ir papildu magnēti, kas var novirzīt parauga plūsmu uz detektoru, kas uzskaita to sasniedzošo daļiņu skaitu. Katra spektrometra sadaļa ir savienota ar datoriem, kas var pielāgot elektrisko un magnētisko stiprumu, lai kontrolētu produkta plūsmu. Detektori ir ārkārtīgi jutīgi un spēj uztvert vienu radioaktīvo jonu daudzos miljonos neradioaktīvo jonu.

Līdzās izmantošanai arheoloģijā un ģeoloģijā akseleratora masas spektrometru var izmantot medicīniskās diagnostikas pārbaudēs. Radioaktīvo elementu, ko sauc par marķieri, var injicēt pacientam vai nelielos daudzumos iekļaut pacienta lietotajās medikamentos. Kad organisms absorbē zāles, marķiera elementu var redzēt, izmantojot paraugus, kas ievadīti akseleratora masas spektrometrā. Spektrometra spēja redzēt ļoti mazus radioaktīvā elementa daudzumus padara šo metodi vērtīgu, jo pacients redz ļoti zemu radioaktivitātes līmeni, kas, domājams, nerada veselības problēmas.