Lo spettrometro di massa

Le particelle uscite dal selettore con velocità $v = E/B_1$ entrano poi in una seconda regione con solo campo magnetico $B_2$. Qui, essendo $\vec{v}\perp\vec{B}_2$, curvano lungo cerchi di raggio

$r = \frac{m\,v}{q\,B_2} = \frac{m}{q}\cdot\frac{E}{B_1 B_2}$

Fissate $E$, $B_1$, $B_2$ dallo strumento, il raggio dipende solo dal rapporto $m/q$. Misurando $r$ (per esempio con una piastra fotografica) si risale alla massa per unità di carica.

Principio — Spettrometro di Bainbridge

Combinando un selettore di velocità $v = E/B_1$ con una camera a campo magnetico $B_2$, il raggio della traiettoria circolare è proporzionale a $m/q$: ioni con la stessa carica si separano per massa.

Esempio — Isotopi dell'uranio

Per separare ${}^{235}\text{U}$ da ${}^{238}\text{U}$, ionizzati a $q = +e$ e selezionati a $v \approx 10^6\;\text{m/s}$ in un campo $B_2 = 0{,}5\;\text{T}$, i raggi valgono $r = mv/(eB_2) \approx 4{,}9\;\text{cm}$ e $4{,}96\;\text{cm}$. Una separazione spaziale di $\sim 0{,}6\;\text{mm}$ sembra microscopica, ma su scala industriale (camere lunghe metri) basta a separare le due specie. È il metodo elettromagnetico “calutron” usato a Oak Ridge durante il Progetto Manhattan (Rhodes 1986).

Lo spettrometro di massa è oggi uno degli strumenti analitici più diffusi: identifica molecole dalla loro massa in chimica, biologia, controllo antidoping e datazione isotopica.

Collegamenti

Argomenti: Magnetismo Concetti: Forza di Lorentz · Moto circolare uniforme

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