http://www.nucleonica.net

Az atommag tömege A hidrogénre vonatkoztatott relatív atomtömeg (=atommag tömegével, ha az e - tömegét elhanyagoljuk) a hidrogénnek nem egész számú többszöröse. Az elemek különböző tömegű izotópok keverékei. Ionforrás: A-K között nagyfeszültségű elektromos kisülés ionizáció, gyorsítás http://oktatas.ch.bme.hu

Az ionnyaáb l hosszúságú (párhuzamos) elektromos és mágneses téren halad át. Az elektromos tér hatására y irányba térül el, t = l / v idő alatt: y = 1 ee m l ( v ) A mágneses tér x irányú eltérítést hoz létre: x = 1 eb m l v E m y = x B l e

(1913) 0 Ne (91%) Ne (9%) A diffúz nyom kialakulását a beérkező ionnyaláb kismértékű irányszórása okozza. (ZnS ernyő + film)

m 1 m m 1 m A felbontóképesség δ = m m 10% 50% m a mérendõ tömegszám, m a mérhetõ tömegkülönbség. Teljes a felbontóképesség, ha a két görbe között az intenzitás az alapvonalig csökken. Általában azonban megelégszünk a 10 %-os, vagy az 50 %-os völgyig elválasztott ionintenzitásokhoz tartozó felbontással is. pl. a nagyságrendileg 100-as tömegszámú szerves molekulák ionjait legalább 0,01-os tömegegységre meg akarjuk különböztetni egymástól, akkor a felbontóképesség: δ 100 0,01 10.000-es felbontóképességre van szükség.

Thomson: δ =10, így 10-nél alacsonyabb tömegszámú atomok esetén tudott kimutatni egységnyi tömegkülönbséget. δ =50 kellene!!! Az érzékenység és a felbontóképesség javítása Érzékenységet a felületegységre beérkező ionok száma szabja meg. (A lokális feketedés kismértékű a Thomson készülékénél.) Érzékenység javítása: sebesség szerinti fókuszálás, (egy pontba képez le). δ és az érzékenység javítása: irányfókuszálás

Sebességfókuszálás Francis Aston 1909-ben csatlakozik Thomsonhoz és ötletét továbbfejlesztve megalkotja 1919-ben az első tömegspektrográfot. Egymásra merőleges irányú elektromos és mágneses tér alkalmazása. Aston ötlete az hogy a két mezőt egymás után helyezi el így az ionok tömegük szerint egy-egy pontban érik el a felfogó ernyőt.

Az Aston gépével kapott kép már csak egy egyenes csíkon elhelyezkedő foltok sokasága. Az eredmény így sokkal biztosabb, pontosabb, és könnyebben olvashatóvá vált.

A sebességfókuszálás korszerűbb módja: alacsony feszültségen ionizálnak. Dempster: izzókatódból nyert elektronokat 100V feszültséggel gyorsította, ezekkel bombázta a vizsgálandó gázt/gőzt. Az ionokat 6000V feszültségkülönbséggel gyorsította sebességszórás 1%. Irányfókuszálást félkör alakú homogén mágneses térrel végezte. Aston és Dempster δ =300 felbontóképességet értek el, ami elegendő a teljes tömegszámtartományban való méréshez. A több tízezres felbontóképességet ma már mágneses szektortér alkalmazásával érik el, (Niel, Mattauh-Herzog ). Egy ötszektorú tömegspektrométer

Fotolemez Részecskeszámláló Az anyag összetevőinek fajtáját és tömegét határozzák meg vele. Főként az elemek izotópjainak meghatározására használták. Az anyag összetevőinek arányát vizsgálják vele. A bűnügyi helyszíneléstől az orvostudományig rendkívül sokféle területen használják. (Kisebb felbontás, nagyobb érzékenység)

Dublett módszer Olyan ionokat hoznak létre az ionforrásban, amelyeknek fajlagos töltése csak nagyon kis mértékben tér el egymástól, ezért a fénykepezőlemezen két igen közeli vonalat dublettet - adnak. A dublett egyik tagjának a tömegét pontosan ismerve a másiké is nagy pontossággal meghatározható (pl. egyszeresen ionizált D és H ). Atomi tömegegység (u) A szén 1-es izotóp tömegének 1-ed része. (Ez ½ elektrontömeggel több, mint a 1 C atommag tömegének 1-ed része.) 1 u = (1,66043± 0,0000) 10-7 kg proton neutron tömeg (u) 1,0078 1,00867 töltés +e 0

Az atommag mérete 1) Magerő-sugár: a magközéppontból mért távolság, ameddig a magerők hatótávolsága terjed. Rutherford-szórásból határozható meg. Feltételezések: - Az α-részecske jóval kisebb tömegű, mint a szóró mag, melyet az ütközés után is nyugvónak tekintünk. - A szóró és a szóródó részecske spinértékét is nullának veszzük, így hatását elhanyagoljuk. - Mindkét részecskét pontszerűnek tekintjük. - Elhanyagoljuk az elektronok árnyékoló hatását. http://www.youtube.com/watch?v=5pzj0u_xmbc

1 mv qq + k E r 0 = 0 m r v = áll. Az alfa- részecske olyan hiperbola pályán mozog, melynek külső gyújtópontjában a Q töltés van. Ref. [3]

Energiamegmaradás törvénye az r távolságban levő részecskére: 1 1 mv 0 = mv + k qq r r = k qq m( v 0 v ) Centrális ütközéskor: v=0 esetén legyen b a minimális megközelítési távolság 1 mv 0 = k qq b b = k qq 1 mv 0

A kezdeti feltételek szerint energiát nem ad át a mozgó részecske, csak ϕ irányváltoztatást szenved. I -I 1 =mv 0 sin(ϕ/) (*) I 1 =mv 0 A teljes impulzusváltozás di elemi változások összege, amelyet a dt ideig ható F erő eredményez: di = Fdt Az irányváltoztatást a Coulomb-erőnek csak az A tengely irányába eső komponense hozza létre. I di qq = k cosθdt r (*) r, Θ változnak az idő függvényében

pv0 dt r dθ Kepler törvényből dt r = dθ pv 0 + (90 ϕ / ) (90 ϕ / ) cosθdθ = cos( ϕ / ) (*) di qq = k cosθdθ pv 0 I I 1 = k qq pv 0 cosθdθ (*) I -I 1 = mv 0 sin(ϕ/) = k qq pv 0 cos( ϕ / ) p = b ctg( ϕ / ) Rutherford-szórási formula

Statisztikus jellegű törvény szükséges! dq annak valószínűsége, hogy a részecske a φ és (φ+dφ) szögtartományba térül el. nt a szóró magok száma az 1 cm felületű és t vastagságú fóliában. Ref. [3]

A megfelelő szögtartományba való eltérüléshez a p -nek is megfelelő tartományba kell esni. dq=ntpπdp Az összes magot körülvevő pπdp területű körgyűrűk összege. F = πl sinϕdϕ Annak valószínűsége, hogy ezen körgyűrű egységnyi felületére essen az alfa-részecske a felfogóernyőn (a Rutherford formulát is felhasználva): dq F = b 1 nt ϕ 16L sin ( ϕ / ) d 4

A magerő fogalmának bevezetése és magerő-sugár kísérleti meghatározása a Rutherford szórásformulától való eltérés alapján!!! R=1,4 x 10-13 A 1/3 cm Az atommag terének potenciálja Ref.[3] R a tömegszám köbgyökével arányos maganyag sűrűsége konstans a különböző rendszámú elemekre! (Az arányossági tényező kismértékben függ a tömegszámtól, a ps-pn effektustól és a mag héjszerkezetétől.)