Зачем фиксировать скорость перед магнитным сектором?

Радиус **r = mv/(qB)** зависит и от **m**, и от **v**. 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. Они улучшают фокусировку и разрешение в реальных приборах. Здесь только минимальная связка «селектор + однородный **B**».

Что означает ползунок v/(E/B)?

При значении **1** пучок настроен на идеальный селектор; отклонение от **1** имитирует **расстройку** — ионы искривляются уже в первой зоне.

Совпадают ли подписи «оценка» радиуса с численной траекторией?

Формула **r ≈ v/((q/m)B)** верна для чистого **B** и перпендикулярного входа. При переходе из селектора траектория может слегка отличаться от идеальной дуги.

Масс-спектрометр (сектор)

Селектор скоростей v = E/B, затем магнитный сектор: разные m/q дают разные радиусы (2D-схема).

О модели

Симулятор показывает упрощённую схему секторного масс-спектрометра в двух измерениях. Первая ступень — селектор скоростей: однородные электрическое и магнитное поля взаимно перпендикулярны и ориентированы так, что при определённой скорости v электрическая сила qE и магнитная q(v×B) по поперечному направлению компенсируют друг друга — ион летит почти прямо, если выполнено соотношение v = E/B (в выбранных знаках и ориентациях). Ионы с иной скоростью отклоняются ещё в селекторе. Далее пучок входит в область только магнитного поля; там траектория изгибается по дуге с радиусом r = mv/(qB) при перпендикулярном входе, так что при одинаковом q и отобранной v более тяжёлые ионы попадают на детектор дальше. На экране одновременно интегрируются две частицы с разными массами. Модель идеализована: прямоугольные однородные поля без краевых эффектов, нерелятивистская механика, условные единицы; реальные приборы добавляют электрические секторы, TOF, фокусирующие элементы и сложную оптику.

Для кого: Студенты, изучающие движение заряженных частиц, селекторы скоростей и основы масс-анализа.

Ключевые понятия

Селектор скоростей
Сила Лоренца
Радиус циклотрона
Отношение масса/заряд
Магнитный сектор
Скрещенные поля
Траектория иона
Масс-спектрометрия

Как это работает

В селекторе скоростей при взаимно перпендикулярных E и B силы qE и qv×B уравновешиваются при v = E/B — через «щель» проходят ионы с этой скоростью. В однородном магнитном секторе движение по дуге: r = mv/(qB) при входе перпендикулярно B, поэтому при одинаковом q разные m попадают на детектор в разные точки — основа масс-спектрометрии.

Часто задаваемые вопросы

Зачем фиксировать скорость перед магнитным сектором?: Радиус r = mv/(qB) зависит и от m, и от v. 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. Они улучшают фокусировку и разрешение в реальных приборах. Здесь только минимальная связка «селектор + однородный B».
Что означает ползунок v/(E/B)?: При значении 1 пучок настроен на идеальный селектор; отклонение от 1 имитирует расстройку — ионы искривляются уже в первой зоне.
Совпадают ли подписи «оценка» радиуса с численной траекторией?: Формула r ≈ v/((q/m)B) верна для чистого B и перпендикулярного входа. При переходе из селектора траектория может слегка отличаться от идеальной дуги.