Espectrómetro de rayos X de partículas alfa
Un espectrómetro de rayos X de partículas alfa ( APXS ) es un espectrómetro que analiza la composición de elementos químicos de una muestra a partir de partículas alfa dispersas y rayos X fluorescentes después de que la muestra se irradia con partículas alfa y rayos X de fuentes radiactivas. [1] Este método de análisis de la composición elemental de una muestra se usa con mayor frecuencia en misiones espaciales, que requieren poco peso, tamaño pequeño y consumo mínimo de energía. Otros métodos (por ejemplo , la espectrometría de masas ) son más rápidos y no requieren el uso de materiales radiactivos, pero requieren equipos más grandes con mayores requisitos de energía. Una variación es laespectrómetro de rayos X de protones alfa , como el de la misión Pathfinder , que también detecta protones .
A lo largo de los años se han volado varias versiones modificadas de este tipo de instrumentos como APS (sin espectrómetro de rayos X) o APXS: Surveyor 5-7 , [2] Mars Pathfinder , [3] Mars 96 , [4] Mars Exploration Rover , [5] Fobos , [6] Laboratorio de Ciencias de Marte y el módulo de aterrizaje del cometa Philae . [7] [8] Los dispositivos APS/APXS se incluirán en varias próximas misiones, incluido el vehículo lunar Chandrayaan-2 . [9]
Varias formas de radiación se utilizan en APXS. Incluyen partículas alfa , protones y rayos X. Las partículas alfa, los protones y los rayos X se emiten durante la desintegración radiactiva de los átomos inestables. Una fuente común de partículas alfa es el curio-244 . Emite partículas con una energía de 5,8 MeV . En la desintegración del plutonio-240 se emiten rayos X de 14 y 18 keV . La carga útil Athena de los Mars Exploration Rovers utiliza curio-244 con una potencia de fuente de aproximadamente 30 milicuries (1,1 GBq ). [10]
Algunas de las partículas alfa de una energía definida se retrodispersan al detector si chocan con un núcleo atómico. Las leyes físicas para la retrodispersión de Rutherford en un ángulo cercano a 180° son la conservación de la energía y la conservación del momento lineal . Esto permite calcular la masa del núcleo golpeado por la partícula alfa.
Los elementos ligeros absorben más energía de la partícula alfa, mientras que las partículas alfa son reflejadas por los núcleos pesados casi con la misma energía. El espectro de energía de la partícula alfa dispersa muestra picos desde el 25 % hasta casi el 100 % de las partículas alfa iniciales. Este espectro permite determinar la composición de la muestra, especialmente para los elementos más ligeros. La baja tasa de retrodispersión hace necesaria una irradiación prolongada, aproximadamente 10 horas.
Algunas de las partículas alfa son absorbidas por los núcleos atómicos. El proceso [alpha,proton] produce protones de una energía definida que son detectados. Este método puede detectar sodio , magnesio , silicio , aluminio y azufre . Este método solo se usó en el Mars Pathfinder APXS. Para los Mars Exploration Rovers , el detector de protones fue reemplazado por un segundo sensor de partículas alfa. Por lo que también se llama espectrómetro de rayos X de partículas alfa.
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