Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 2.3 PHYSIK IV 67senkrecht zur Einfallsrichtung unabhängig vom Betrag ihrer Einfallsgeschwindigkeit eine Parabel beschreiben,deren Parameter der reziproken spezifischen Ladung des Ions proportional ist, wurde diesesInstrument Parabelmassenspektrograph genannt.Durch die Kombination von gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern lässt sich die Masse wiefolgt bestimmen:1. Man misst die Ablenkung y durch ein elektrisches Feld und anschließend durch ein magnetischesFeld. Dadurch kann man die Geschwindigkeit v eliminieren und erhält aus (2.3.9) und (2.3.10) dieMasse.2. Man wählt die Geschwindigkeit des Teilchens so, dass es in den gekreuzten elektrischen und magnetischenFeldern nicht abgelenkt wird (Wien Filter). Dies ist genau dann der Fall, wenne|E| = e|v||B|, also |v| = |E||B| . (2.3.11)Damit ist die Geschwindigkeit festgelegt. Aus einer weiteren Ablenkung in einem homogenenMagnetfeld ergibt sich dann die Masse.Seit der Entwicklung des Parabelspektrographen durch J. J. Thomson wurden Massenspektrometer invielfältiger Weise weiterentwickelt und lassen heute eine genaue Massenbestimmung von Atomen undMolekülen zu. Moderne Massenspektrometer sind im Gegensatz zum ursprünglichen Parabelspektrographenvon Thomson als fokussierende Systeme aufgebaut, bei denen alle Ionen mit gleicher Masse aberunterschiedlichen Geschwindigkeiten auf eine Punkt (z.B. die Eintrittsblende eines Detektors) fokussiertwerden. Man erreicht heute Genauigkeiten im Bereich von 10 −7 .Massenmessungen und IsotopieBei Untersuchungen mit genauen Massenspektrographen zeigte es sich, dass bestimmte chemische Elementeaus einem Gemisch von Atomen mit unterschiedlichen Massen bestehen. Man nannte die Anteilemit verschiedenen Massen Isotope eines Elements. Die verschiedenen Isotope eines Elements habendie gleiche Kernladungszahl Z und die gleiche Zahl von Elektronen. Die die Elektronenkonfigurationdie chemischen Eigenschaften der Elemente bestimmt, haben die Isotope eines Elements auch die gleichenchemischen Eigenschaften, unterscheiden sich aber um kleine ganzzahlige Vielfache der atomarenMasseneinheit. In der Natur kommen stabile Isotope vor, aber auch solche, die nach einer bestimmtenmittleren Lebensdauer zerfallen.Für die Atome benutzt man heute folgende NomenklaturAZX N .Hierbei bezeichnet “X” das chemische Element, das aus Z Protonen und Elektronen und N Neutronenbesteht besteht. Wir nennen A = Z + N die Massenzahl des Atomkerns. Verschiedene Isotope eines chemischenElements haben gleiche Protonen- bzw. Kernladungszahl Z, aber unterschiedliche Neutronenunddamit unterschiedliche Massenzahlen.2003