單聚焦質譜儀

自從1919年阿斯頓發明了第一台質譜儀以來，到現在發展成形形色色的質譜儀，廣泛用於科技生活和醫療衛生等領域。

質譜儀的工作原理，通過對微觀帶電粒子在電磁場中的運動規律的測量來得到微觀粒子的質量。帶電粒子在電場中受到庫侖力，在磁場中受到洛侖茲力。由於力的作用，微觀粒子會加速並同時偏轉，形成明顯的運動軌跡。微觀粒子質量不同帶點量不同，其運動軌跡就會不同。通過對微觀粒子運動情況的研究，可以測定微觀粒子的核質比。

下面重點介紹單聚焦質譜儀

單聚焦質譜儀

僅用一個扇形磁場進行質量分析的質譜儀稱為單聚焦質譜儀，單聚焦質量分析器實際上是處於扇形磁場中的真空扇形容器，因此，也稱為磁扇形分析器。

1．丹普斯特質譜儀

如下圖，原理是利用電場加速，磁場偏轉，測加速電壓和和偏轉角和磁場半徑求解。

例1　質譜儀是一種測帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，現有一質譜儀，粒子源產生出質量為m電量為的速度可忽略不計的正離子，出來的離子經電場加速，從點沿直徑方向進入磁感應強度為B半徑為R的勻強磁場區域，調節加速電壓U使離子出磁場后能打在過點並與垂直的記錄底片上某點上，測出點與磁場中心點的連線物夾角為，求證：粒子的比荷。

證明：離子從粒子源出來后在加速電場中運動由

得

，離子以此速度垂直進入磁場

即

2．班布瑞基質譜儀

在丹普斯特質譜儀上加一個速度選擇器，利用兩條准直縫，使帶電粒子平行進入速度選擇器，只有滿足即的粒子才能通過速度選擇器，由知，求質量。

例2　如圖是一個質譜儀原理圖，加速電場的電壓為U，速度選擇器中的電場為E，磁場為B1，偏轉磁場為B2，一電荷量為q的粒子在加速電場中加速後進入速度選擇器，剛好能從速度選擇器進入偏轉磁場做圓周運動，測得直徑為d，求粒子的質量。不考慮粒子的初速度。

解：粒子在電場中加速，由動能定理有，粒子通過速度選擇器有，進入偏轉磁場后，洛侖茲力提供向心力有，而聯立。