Контрольная
Культура
Электротехника
Лабораторные
Школьный курс
Термех
Курсовая
Атомные станции

Лекции

Черчение
Физика
Реакторы
Интеграл
Выполнение чертежей
Конспект
На главную

Конспект курса лекций по физике. Постоянный ток

Масс-спектрография и масс-спектрометрия

Проводя опыты с пучками одновалентных ионов неона на установке, принципиальная схема которой приведена на рис 22.6 (сконструирована в 1919 году учеником Томсона Ф.Астоном), Томсон обнаружил на фотопластинке изображения ветвей двух разных парабол, соответствующих несколько отличным одно от другого значениям удельного заряда. Этот результат свидетельствовал о том, что существуют два типа ионов неона, различающихся своими массами. Масса одновалентного иона отличается от массы атома на ничтожно малую величину, равную массе электрона. Поэтому опыты Томсона явились первым экспериментальным доказательством существования различных по своей массе атомов одного и того же элемента. В дальнейшем разновидности атомов химического элемента, отличающиеся только массой, получили название изотопов.


Рис. 22.6. Принципиальная схема масс-спектрографа.

Пучок А исследуемых ионов проходит через две диафрагмы D1 и D2 с узкими щелями, перпендикулярными к плоскости чертежа. В однородном электрическом поле плоского конденсатора С ионы отклоняются в направлении поля тем сильнее, чем меньше их скорость и чем больше удельный заряд. Затем ионы попадают в однородное магнитное поле В, направленное за чертеж, и движутся в нем по дугам окружностей. Радиусы этих окружностей тем больше, чем больше скорость ионов и чем меньше их удельный заряд. Поэтому в магнитном поле пучок ионов расщепляется на несколько пучков, каждый из которых соответствует определенной величине удельного заряда ионов. На рис. 22.6 показано два таких пучка. В каждом пучке радиус верхней границы пучка больше радиуса нижней границы, так как вдоль верхней окружности движутся наиболее быстрые ионы, а вдоль нижней - наиболее медленные. Следовательно, магнитное поле фокусирует ионы, обладающие одинаковым удельным зарядом и различными скоростями.

Магнитную индукцию В можно подобрать так, чтобы ионы фокусировались на фотопластинке, расположенной перпендикулярно к плоскости чертежа. Тогда на пластинке получится ряд узких параллельных линий, соответствующих различным значениям удельных зарядов ионов. В случае, изображенном на рис. 22.6, линия Е1 соответствует ионам с большим удельным зарядом, а линия Е2 - ионам с меньшим удельным зарядом. Зная удельный заряд ионов, дающих линию E1 расстояние между линиями Е2 и E1,a также параметры установки, можно определить величину удельного заряда ионов, соответствующих линии Е2.

Масс-спектрограф Астона сыграл важную роль в развитии атомной и ядерной физики, так как позволил обнаружить существование изотопов, т. е. разновидностей атомов одного и того же элемента, отличающихся по массе. Было установлено, что у большинства элементов есть несколько устойчивых, т. е. нерадиоактивных, изотопов. Так, например, ксенон имеет 9 таких изотопов, олово - 8, кадмий - 7 и т. д. В США была даже предпринята попытка получения изотопов урана в промышленных количествах – при создании первой атомной бомбы. Но производительность установки оказалась чрезвычайно низкой, и пришлось прибегнуть к диффузионному разделению изотопов, входящих в соединение UF6.

В дальнейшем масс-спектрограф Астона был усовершенствован применением цилиндрического конденсатора вместо плоского и внедрением двойной фокусировки пучков. По интенсивности линий на фотопластинке масс-спектрографа, соответствующих ионам различных изотопов одного и того же элемента, можно определить относительную распространенность различных изотопов. Однако этот метод недостаточно точен из-за малой интенсивности линий. Поэтому для определения относительной концентрации различных изотопов в их естественных смесях применяются специальные приборы, называемые масс-спектрометрами. В масс-спектрометрах используются пучки ионов с близкими по величине кинетическими энергиями (моноэнергетические пучки). Для создания таких пучков применяются ионные источники специальной конструкции. Благодаря особенностям поведения моноэнергетических ионов в поперечном магнитном поле удается осуществить достаточно хорошую фокусировку даже для сильно расходящихся пучков. Поэтому в масс-спектрометрах можно пользоваться пучками, содержащими большое число ионов, что значительно повышает точность измерения концентрации различных изотопов.

В последние годы масс-спектрометры находят все более широкое и разнообразное применение в различных областях физики, химии и техники. Они используются для определения содержания примесей в газах, для анализа состава и процентного содержания различных смесей углеводородов и т. д. Масс-спектрометры применяются для отыскания течей в вакуумных установках.

Лишь после 20-х годов настоящего столетия, после работ Карсона, Дейча, Бромвича и др., математическая сторона символического метода начала существенно проясняться, связываясь с преобразованием Лапласа и мощными методами теории функций комплексного переменного. Вопросам теории и приложения символических методов в настоящее время посвящена обширная литература Поэтому в курсе, который вы будете изучать, в этом семестре будут, представлены методы позволяющие, проанализировать процессы, происходящие в таких системах.

Математика

Реакторы