A részecskék sok jellemzővel bírnak. Ilyen például a töltés. Valamennyi elemi részecske töltésének abszolút értéke egy vagy nulla, így a töltés ismerete kevés ahhoz, hogy meg tudjuk mondani melyik részecskéről van szó. A részecskékről sokkal több információt ad, ha ismerjük a tömegüket.
Az első nagyon nehéz munkát igénylő kísérletsorozatot Perrin végezte, amikor meg tudta határozni a grammatomsúlynyi mennyiségben lévő atomok számát. Így lehetővé vált az atom tömegének becslése is.
A következő nagy lépést Thomson tette, amikor sikerült szétválasztania az izotópokat, és a tömegüket is megmérte. Az első mérések után be kellett látnia, hogy a kapott eredményeket pontosabbá kell tenni, és az összes korábban ismert és újonnan felfedezett izotóp tömegét is meg kell határozni.
A méréshez szükséges eszközöket, műszereket a kezdeti időszakban a fizikusok maguk tervezték és építették - virtuóz megoldások és brilliáns ötletek jellemezték ezeket a fejlesztéseket.
Ennek szép példája az a mérleg, amelyet Ramsey készített, amivel a radon atomsúlyát határozta meg. Ez a mérleg akkor a világ legérzékenyebb mérlege volt.
Napjainkban a műszergyártó cégek termékei között már megvásárolhatóak azok a mérőeszközök, amelyekkel az atomok relatív atomtömegét mérhetik a szakemberek. Az ilyen speciális mérlegeket tömegspektrométereknek, vagy tömegspektrográfoknak nevezzük.
Hogyan működik a tömegspektrométer és a tömegspektrográf?
A műszerek müködése azon a már ismert elven alapul, hogy a részecskék mágneses és elektromos térben eltérülnek. A két műszer csak abban különbözik, hogy hogyan érzékeli a az eltérített részecskéket.
A tömegspektrométerben az ionok számát a keltett áram erőssége, míg a tömegspektrográf esetén a fotólemez feketedésének mértéke jellemzi.
Ha az elektromos és a mágneses tér kombinációját használjuk, akkor a részecskék sebességének különbsége miatti szétszóródást kiküszöbölhetjük, és így az azonos tömegű, de különböző kezdősebességű magok ugyanarra a parabolára esnek.
A korszerű műszerekben használt újszerű térelerendezéssel (kettős fókuszálás) az azonos tümegű, de különböző sebességű magok már nem egy parabolára esnek, hanem egy pontba! Ezzel a módszerrel a jelenség felerősödik, hiszen vagy az áram nő vagy a feketedés mértéke.
A mérés előtt természetesen a műszert kalibrálni is kell: ismert tömegű ionokat átbocsátva a rendszeren elvégezhetőek azok a beállítások, amelyekkel a vizsgálandó ionok is a regisztráló rendszerbe jutnak. Természetesen ehhez a térerősségen változtani kell. Mivel az elektromos és a mágneses térben a részecskék eltérülésének mértéke a tömegükkel fordítottan arányos, a kapott eredmények alapján megállapítható, hogy mennyire tér el a vizsgált atomok tömege a kallibráláshoz használt (általában szén-) atomok tömegétől, vagyis a vizsgált anyag atomsúlya megkapható.
Nagy felbontóképességű spekrométerek és tömegspektrográfok már a kutatók rendelkezésére állnak. Napjainkra minden alapvető iżotóp tömege pontosan ismert, ha egy autó tömegét ilyen pontossággal mérnénk, akkor a hiba csak néhány grammnyi lenne, aminél a kerekeken lévő sár tömege is nagyobb!
További érdekes oldalak:
Zsigó Zsolt cikke
