Spectrometru cu raze X cu particule alfa

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Imagine a unui spectrometru cu raze X cu particule alfa (prin amabilitatea NASA / JPL-Caltech).
APXS montat pe spatele rover-ului Sojourner (misiunea Mars Pathfinder ).

Un spectrometru cu raze X cu particule alfa ( APXS ) este un spectrometru cu spațiu .

Instrumentul are o sursă radioactivă care emite particule alfa , la care expune proba examinată, din care determină compoziția chimică elementară prin detectarea componentei particulelor alfa, a protonilor și / sau a razelor X ale emisiei de întoarcere. [1] [2]

Instrumentul este compact și necesită o putere redusă, caracteristici care îl fac potrivit pentru utilizarea în spațiu. În schimb, deoarece există metode mai rapide pentru a obține compoziția chimică a unei probe de testare care nu necesită utilizarea materialului radioactiv, utilizarea sa în laboratoare este limitată.

De-a lungul anilor, au apărut diferite versiuni ale APS (fără detector de raze X) și APXS: Surveyor 5-7 , [3] Phobos , [4] Mars 96 , [5] Mars Pathfinder , [6] Mars Exploration Rover , [7] și Rosetta / Philae . Spectrometrele APS vor echipa și viitoarele misiuni: Mars Science Laboratory și ExoMars .

Instrumentul montat pe Sojourner ( rover- ul misiunii Mars Pathfinder ) a fost denumit Spectrometru cu raze X Alpha Proton [2] pentru a sublinia capacitatea sa de a detecta componenta protonică a radiației de întoarcere.

Sursă radioactivă

Particulele alfa sunt emise în timpul decăderii radioactive a nucleelor ​​atomice instabile. O emisie secundară în raze X poate fi asociată cu această emisie . În diferitele realizări ale instrumentului, au fost utilizate diferite surse, caracterizate prin emisii diferite.

Cei 244 Cm (curios 244) emit particule alfa cu o energie de 5,902 MeV . Razele X de 14 și 18 keV sunt produse în decăderea de 240 Pu (plutoniu 240).

APXS, care face parte din Athena la bordul Mars Exploration Rovers , folosește 244 Cm și are o rată de degradare de aproximativ 30 30 mCi . [8]

Caracteristicile problemei de returnare

Emisia de întoarcere din eșantion este alcătuită din diferite componente, dintre care instrumentul este conceput pentru a detecta doar câteva: particule alfa, raze X și, numai în cazul APXS utilizate în misiunea Mars Pathfinder , protoni. De fapt, o îmbunătățire introdusă în detectorul de raze X a făcut inutilă, în scopul determinării speciilor chimice prezente în eșantion, înregistrarea componentei protonice în misiunile ulterioare ( Mars Exploration Rover și următoarele). [8]

Particule alfa

Unele particule alfa ale radiației incidente sunt reflectate înapoi la detector după ce se ciocnesc cu un nucleu atomic. Acest lucru face posibilă calcularea masei miezului afectat pur și simplu din considerente de conservare a energiei și impuls . De fapt, particulele alfa, așa cum s-a văzut deja, lasă sursa cu o energie bine definită și se cunoaște geometria coliziunii, fiind necesar un unghi de aproximativ 180 ° pentru ca particula incidentă să fie reflectată spre sursă.

Atomii diferitelor elemente se comportă diferit: cei mai ușori absorb o cantitate mai mare de energie, în timp ce particulele alfa își păstrează aproape toată energia atunci când sunt reflectate de atomii grei. [9]

Spectrul de energie al particulelor alfa reflectate prezintă o serie de vârfuri cuprinse între 25% și 100% din valoarea inițială a energiei deținute de particula unică și acest lucru permite determinarea compoziției probei examinate. Această tehnică, cunoscută sub numele de spectroscopie Rutherford backscatter , face posibilă recunoașterea în principal a atomilor elementelor mai ușoare. [10] Deoarece rata la care se reflectă particulele este foarte mică, este necesară o perioadă lungă de expunere pentru a putea detecta pe deplin spectrul.

Protoni

Unele particule alfa ale radiației incidente sunt absorbite de nucleii atomici. Apoi este declanșat un proces [alfa, proton] care duce la producerea de protoni cu energie bine definită, care pot fi detectate. Sodiu , magneziu , siliciu , aluminiu și sulf pot fi identificate folosind această tehnică. [10]

După cum sa menționat, această tehnică a fost înlocuită de îmbunătățirea detectoarelor de raze X și a fost utilizată doar în spectrometrul cu raze X Alpha Proton montat pe Sojourner . [8]

Raze X

Particulele alfa incidente pot, de asemenea, să scoată electroni din orbitalii interiori ai atomului ( n = 1, 2). Spațiul gol care este astfel creat este imediat umplut de electronii straturilor exterioare, care, pe măsură ce se mișcă, emit raze X caracteristice. Procesul descris se numește emisie de raze X indusă de particule și poate fi ușor detectată. Sensibilitatea procesului favorizează detectarea atomilor mai grei. [10]

Notă

  1. ^ (EN) TE Economou și colab. , The Alpha-Scattering Technique of Chemical Analysis , în J. Geophysical Research , vol. 75, 1970, p. 6514, DOI : 10.1029 / JB075i032p06514 .
  2. ^ A b (EN) Mars Pathfinder Instrument Descriptions on marsprogram.jpl.nasa.gov, JPL, NASA. Adus 10-03-2010 .
  3. ^ (EN) Patterson, JH; Franzgrote, EJ; Turkevich, AL; Anderson, WA; Economou, TE; Griffin, EL; Grotch, SL; Sowinski, KP, Alpha-scattering experiment on Surveyor 7 - Comparație cu Surveyors 5 și 6 , în J. Geophysical Research , vol. 74, 1969, pp. 6120–48, DOI : 10.1029 / JB074i025p06120 .
  4. ^ (EN) Hovestadt, D., și colab. , Măsurarea în situație a compoziției de suprafață a lunii de pe Marte Phobos: Experimentul Alpha-X cu privire la misiunea Phobos , în Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference , vol. 19, 1988, p. 511. Adus 10-04-2010 .
  5. ^ (EN) Rieder, R., Wanke, H.; Economou, T., An Alpha Proton X-Ray Spectrometer for Mars-96 and Mars Pathfinder , în American Astronomical Society , vol. 28, 1997, p. 1062. Adus 10-04-2010 .
  6. ^ (EN) Rieder, R., Wanke, H.; Economou, T.; Turkevich, A., Determinarea compoziției chimice a solului și a rocilor marțiene: spectrometrul cu raze X alfa proton , în J. Geophysical Research , vol. 102, 1997, pp. 4027–4044, DOI : 10.1029 / 96JE03918 .
  7. ^ (EN) Rieder, R., și colab. , Noul spectrometru cu raze X cu particule alfa Athena pentru Mars Exploration Rovers , în J. Geophysical Research , vol. 108, 2003, p. 8066, DOI : 10.1029 / 2003JE002150 .
  8. ^ a b c ( EN ) Spectrometru cu raze X cu particule alfa (APXS) ( PDF ), în Athena , Universitatea Cornell. Adus 10-04-2010 .
  9. ^ O minge care sare pe un perete își păstrează cea mai mare viteză după coliziune, în timp ce, dacă lovește o altă minge, va avea tendința de a transfera o parte din energia sa cinetică către aceasta, ducând la încetinire.
  10. ^ a b c ( EN ) R. Rieder și colab. , Compoziția chimică a solului marțian și a rocilor returnate de spectrometrul mobil cu raze X cu protoni alfa: rezultate preliminare din modul cu raze X , în Știința , vol. 278, nr. 5344, pp. 1771-1774, DOI : 10.1126 / science.278.5344.1771 . Adus 11-10-2010 .

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Alpha_Particle_X-Ray_Spectrometer&oldid=114510421 ”