МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ

Долгое время оставался загадкой вопрос, почему атомные веса многих химических элементов дробные. Английский ученый Ф. Содди в 1910 г. предположил, что существуют атомы с одинаковыми химическими свойствами, но разными массами. Теперь такие атомы называют изотопами.

Требовались экспериментальные доказательства гипотезы Содди. Прошло почти 10 лет, прежде чем английский физик Ф. Астон сумел электрическим и магнитным полем «взвесить» атомы неона. Оказалось, что природный неон состоит из смеси изотопов, главным образом, с массовыми числами 20 и 22. Массы атомов Астон измерил с помощью масс-спектрометра — прибора, определяющего массу по отклонению и она в магнитном поле.

На рис. 1 представлено устройство масс-спектрометра Демпстера. Из источника ионов (ИИ) выходят однозарядные ионы исследуемого элемента, ускоряются в промежутке 1—2 до энергии eV и движутся по траектории с радиусом r. Если магнитное поле h постоянно, то кривизна траектории иона зависит только от величины V. Когда V подобрано так, что r = R, из щели Д выходит максимальный ток, а масса иона будет равна М = R²(H²e/2Vc²). Такой спектрометр весьма точно измеряет массу атомов (рис. 2).

Современные масс-спектрометры измеряют массы ядер с погрешностью порядка одной десятимиллионной атомной единицы. По значениям масс ядер получают сведения о «прочности» ядра — энергии, необходимой для разделения его на отдельные нуклоны или какие-либо другие комбинации (см. Ядро атомное).

Массы ядер отражены в специальных таблицах. Так, масса M_Sn изотопа олова ₅₀¹²⁶Sn равна 125,907662 ± 0,000012 а. е., а энергия связи нуклонов [(50M_p + 76M_n) — M_Sn]•с² = 1063,922 МэВ. (M_p и M_n — массы протона и нейтрона.) На каждый нуклон приходится по 8,4 МэВ энергии.

Ядерные нуклоны в миллионы раз прочнее связаны, чем атомные электроны.