त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री
विकास
परमाणु भौतिकी में उपयोग किए जाने वाले कण त्वरक को विकृत रूप के द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन तीन प्रमुख तत्व- आयन स्रोत, विश्लेषक और डिटेक्टर-हमेशा मौजूद होते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका के एलडब्ल्यू अल्वारेज़ और रॉबर्ट कॉर्नोग ने पहली बार 1939 में एक बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में एक त्वरक का उपयोग किया जब उन्होंने एक हीलियोट्रॉन को उस हीलियम -3 (3 हे) को प्रदर्शित करने के लिए नियोजित किया बजाय हाइड्रोजन -3 (3)एच), उस समय परमाणु भौतिकी में एक महत्वपूर्ण प्रश्न। उन्होंने यह भी दिखाया कि हीलियम -3 प्राकृतिक हीलियम का एक घटक था। उनकी विधि वैसी ही थी जैसा कि ओमेगाट्रॉन के लिए ऊपर वर्णित है सिवाय इसके कि एक पूर्ण आकार के साइक्लोट्रॉन का उपयोग किया गया था, और इसने आसानी से दो समस्थानिकों को अलग किया। लगभग 40 वर्षों तक विधि फिर से नियोजित नहीं हुई; हालाँकि, यह ब्रह्माण्डीय समस्थानिकों को मापने में अनुप्रयोग पाया गया है, जो पृथ्वी या ग्रहों की वस्तुओं पर ब्रह्मांडीय किरणों की घटना से उत्पन्न रेडियोसोटोप्स हैं। ये आइसोटोप अत्यधिक दुर्लभ होते हैं, इसी स्थलीय तत्व के एक मिलियन मिलियन के क्रम पर बहुतायत होते हैं, जो सामान्य द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर की क्षमताओं से परे एक समस्थानिक अनुपात है। यदि एक कॉस्मोजेनिक आइसोटोप का आधा जीवन अपेक्षाकृत कम है, जैसे बेरिलियम -7 (7 Be; 53 दिन) या कार्बन -14 (14 C; 5,730 वर्ष), तो एक नमूने में इसकी सांद्रता रेडियोधर्मी गिनती द्वारा निर्धारित की जा सकती है; लेकिन अगर आधा जीवन लंबा है, जैसे बेरिलियम -10 (10 Be; 1.5 मिलियन वर्ष) या क्लोरीन -36 (36 Cl; 0.3 मिलियन वर्ष), तो ऐसा कोर्स अप्रभावी है। बड़े, उच्च-ऊर्जा त्वरक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर का लाभ महान डिटेक्टर चयनात्मकता है जो कि किसी भी पहले से उपलब्ध मशीन की तुलना में 1,000 गुना अधिक ऊर्जा वाले आयनों के परिणामस्वरूप होता है। पारंपरिक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटरों को संदर्भ आइसोटोप के एक सौ-हज़ारवें हिस्से से कम बहुतायत को मापने में कठिनाई होती है, क्योंकि हस्तक्षेप करने वाले आयनों को विश्लेषक स्थान में बिखेर दिया जाता है जहां कम-बहुतायत वाले आइसोटोप की तलाश की जानी है। उच्च वैक्यूम और एंटीस्कैटरिंग सावधानियों के चरम को 10 के एक कारक द्वारा सुधार सकते हैं लेकिन 100 मिलियन के कारक की आवश्यकता नहीं है। एक त्वरक इस दोष से और भी अधिक डिग्री तक ग्रस्त है, और "ट्रैश" आयनों की बड़ी मात्रा कॉस्मोजेनिक आइसोटोप के अपेक्षित विश्लेषक स्थान पर पाए जाते हैं। प्रासंगिक आयन को स्पष्ट रूप से पहचानने के लिए कुछ प्रकार के परमाणु कण डिटेक्टरों की क्षमता त्वरक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर को इस कमी को दूर करने और एक शक्तिशाली विश्लेषणात्मक उपकरण के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाती है।
अग्रानुक्रम इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक का संचालन
अग्रानुक्रम इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक (कण त्वरक देखें: वान डी ग्रैफ़ जनरेटर) इस उद्देश्य के लिए अन्य सभी मशीनों को जल्दी से विस्थापित कर दिया, मुख्य रूप से क्योंकि इसका आयन स्रोत, ऊपर वर्णित सीज़ियम स्पटर स्रोत, जमीन की क्षमता के पास स्थित है और नमूने बदलने के लिए आसानी से सुलभ है। आयनों को नकारात्मक होना चाहिए, लेकिन यह एक बाधा साबित नहीं होता है क्योंकि वे आसानी से और कुशलता से उत्पादित होते हैं। उच्च-वोल्टेज ट्यूब में प्रवेश करने से पहले, आयनों का द्रव्यमान-विश्लेषण किया जाता है, ताकि कॉस्मोजेनिक आइसोटोप के द्रव्यमान स्थान पर उभरने वाली किरण त्वरक में प्रवेश कर जाए; तीव्र संदर्भ आइसोटोप बीम को अक्सर एक्सीलरेटर में प्रवेश किए बिना इस स्थान पर मापा जाता है। कोस्मोजेनिक आइसोटोप बीम मशीन के उच्च-वोल्टेज टर्मिनल के लिए आकर्षित होता है, जहां गैस या एक पतली कार्बन पन्नी या दोनों इलेक्ट्रॉनों की विभिन्न संख्याओं के साथ टकराव होता है, जिससे कई सकारात्मक चार्ज राज्यों के वितरण के साथ विषय आइसोटोप को छोड़ दिया जाता है जो कि इसके द्वारा निरस्त कर दिए जाते हैं। सकारात्मक चार्ज टर्मिनल। सभी आणविक आयन टूट गए हैं। उभरता हुआ बीम फिर उन क्षेत्रों के विश्लेषण से गुजरता है जिनमें से एक उच्च फैलाव चुंबक प्रमुख भाग है। विश्लेषक के बाहर जाने पर, किरण डिटेक्टर में प्रवेश करती है। प्रत्येक आयन की व्यक्तिगत रूप से जांच की जाती है जिससे उसकी पहचान स्थापित हो सके। ऐसा करने का सबसे आम तरीका दो कण डिटेक्टरों के संयोजन का उपयोग करना है: एक डिटेक्टर उस दर को मापता है जिस पर कण पदार्थ की एक लंबी लंबाई को पारित करते समय ऊर्जा खो देता है, जबकि दूसरा एक साथ कण की कुल ऊर्जा को मापता है। काउंट्स को दो-आयामी कंप्यूटर सरणी के डिब्बे में संग्रहीत किया जाता है, जिनमें से निर्देशांक दो डिटेक्टरों से संकेतों के आयाम द्वारा दिए जाते हैं। कई "कचरा" आयन दो डिटेक्टरों से मान लेते हैं जो डेटा सरणी के क्षेत्रों को भरते हैं लेकिन आम तौर पर विषय आयन द्वारा कब्जा किए गए अच्छी तरह से परिभाषित क्षेत्र को ओवरलैप नहीं करते हैं। प्रत्येक प्रकार के आइसोटोप को विभिन्न अतिरिक्त विश्लेषण क्षेत्रों के साथ विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए डिटेक्टर सिस्टम की आवश्यकता होती है और कुछ मामलों में, यहां तक कि समय-समय पर उड़ान तकनीकों का उपयोग भी होता है। त्वरक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर का एक योजनाबद्ध आरेख चित्र 8 में दिखाया गया है।
