Селектор скоростей пропускает ионы с v = E/B, магнитный сектор разделяет их по радиусу r = mv/(qB): при одном заряде разные массы попадают в разные точки детектора.
О модели
Секторный масс-спектрометр разделяет ионы по отношению массы к заряду. Сначала селектор скоростей: однородные E и B взаимно перпендикулярны, силы qE и q[v × B] уравновешиваются при v = E/B — такие ионы летят почти прямо, остальные отклоняются уже в селекторе. Затем пучок входит в область только магнитного поля: траектория — дуга радиуса r = mv/(qB). При одинаковых q и отобранной v более тяжёлые ионы попадают на детектор дальше. На экране две частицы с разными массами. Поля прямоугольные и однородные, без краевых эффектов; механика нерелятивистская, единицы условные. Электрические секторы, времяпролётные схемы и фокусирующая оптика настоящих приборов не моделируются.
Для кого: Вузовская электродинамика: сила Лоренца, селектор скоростей, основы масс-спектрометрии.
Ключевые понятия
селектор скоростей
сила Лоренца
магнитный сектор
отношение массы к заряду
скрещённые поля
масс-спектрометрия
Как это работает
В селекторе скоростей при взаимно перпендикулярных E и B силы qE и qv × B уравновешиваются при v = E/B — дальше проходят ионы с этой скоростью. В однородном магнитном секторе движение по дуге: r = mv/(qB) при входе перпендикулярно B, поэтому при одинаковом q разные массы попадают на детектор в разные точки. На экране два иона с одним зарядом и разными массами; поля однородные, без краевых эффектов.
Часто задаваемые вопросы
Зачем фиксировать скорость перед магнитным сектором?
Радиус r = mv/(qB) зависит и от массы, и от скорости. Без селектора (или другого способа задать v) разные энергии и массы смешались бы на детекторе. Скрещённые E и B отбирают узкую полосу скоростей.
Учтены ли электрический сектор и квадруполи?
Нет. В реальных приборах они улучшают фокусировку и разрешение. Здесь только связка «селектор + однородное B».
Что означает отношение v/(E/B)?
При значении 1 пучок настроен на идеальный селектор. Отклонение от 1 — расстройка: ионы искривляются уже в первой зоне.
Совпадает ли оценка радиуса с численной траекторией?
Формула r ≈ v/((q/m)B) верна для чистого B и перпендикулярного входа. На выходе из селектора дуга может чуть отличаться от идеальной.