Lo spettrometro di massa e gli isotopi

LO  SPETTROMETRO  DI  MASSA (Aston 1919)

Un fascetto di ioni positivi, proveniente dal punto  S,  entra in una prima camera in cui sono presenti sia un  campo elettrico (fra le armature del condensatore),  che un  campo magnetico ortogonale a quello elettrico e di verso entrante nel video.

Questi due campi fanno passare dalla fenditura F soltanto ioni aventi una stessa velocità (selettore di velocità).

Infatti  se  la forza  elettrica   q_*E   e  quella  magnetica   B_*q_*v hanno la stessa  intensità   (e versi opposti),  non verranno deviati solo quegli ioni la cui velocità è tale che sia :

                                            q_*E = B_*q_*v ,     cioè se  :    v = E / B.

Gli ioni che attraversano la fenditura F (aventi quindi una stessa velocità), entrano  in  una  seconda  camera,  (anch'essa immersa in un campo magnetico, ortogonale al monitor  e  di verso entrante), e dopo aver descritto mezza circonferenza,  per  la  forza  di Lorentz), vanno a sbattere su una lastra fotografica.

Il raggio di curvatura  :  R = m_*v / ( B_*q),  dipenderà  dal rapporto  m / q  fra la massa e la carica dello ione.

Sarà così possibile rivelare la presenza di ioni di massa diversa (a parità di carica q). Le due camere sono sotto vuoto spinto per evitare le deviazioni causate dagli urti fra ioni e molecole d'aria.

Lo spettrometro di massa fu inventato nel 1919,  dal fisico inglese Aston.  Con  questo  apparecchio  dimostrò che il comune cloro è in realtà una miscela di due tipi diversi di atomi con proprietà chimiche identiche.

Il 75 %  degli atomi  di  cloro  impressionavano la  lastra  fotografica  in un punto corrispondente alla massa 35 e il 25 %  in un altro punto corrispondente a massa 37. Col suo strumento si  esaminarono  poi altri elementi e si scoprì così che la maggior parte di essi è in realtà una miscela di due o più isotopi,  come vengono chiamati gli elementi che nel loro nucleo contengono lo stesso numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni.

 Così ad es. si scoprì che il  99.3 %  dell'Uranio è costituito dall'isotopo 238, mentre solo  lo  0.7 %  è costituito dall'isotopo 235 che ha 3 neutroni in meno nel nucleo.

Entrambi  gli  isotopi hanno lo stesso numero di protoni (92), ma un diverso numero di neutroni.

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