Máy quang phổ khối là thiết bị tách các ion theo tỷ lệ điện tích trên khối lượng của chúng. Một phiên bản cụ thể là máy quang phổ khối Bainbridge được minh họa như hình dưới. Các ion được tạo
20/28
Máy quang phổ khối là thiết bị tách các ion theo tỷ lệ điện tích trên khối lượng của chúng. Một phiên bản cụ thể là máy quang phổ khối Bainbridge được minh họa như hình dưới. Các ion được tạo ra từ nguồn trước tiên được tăng tốc và đưa qua khu vực chọn vận tốc, là khu vực tồn tại đồng thời điện trường đều có cường độ điện trường \({\rm{\vec E}}\) và từ trường đều có cảm ứng từ \({\rm{\vec B}}\), trong khu vực này lực điện và lực từ tác dụng lên ion cân bằng nhau. Lực từ tác dụng lên ion mang điện tích q có độ lớn \({\rm{F}} = {\rm{Bv}}\left| {\rm{q}} \right|\), có phương vuông góc với cảm ứng từ \({\rm{\vec B}}\) và với vận tốc \({\rm{\vec v}}\) của nó. Tiếp theo, các ion đi vào trong vùng có từ trường đều có cảm ứng từ \({{\rm{\vec B}}_0}\), trong vùng này chúng chuyển động theo quỹ đạo là đường tròn bán kính R. Người ta dùng máy dò hạt để xác định bán kính quỹ đạo R này
Mối quan hệ giữa tỉ lệ độ lớn điện tích trên khối lượng \(\frac{{\left| {\rm{q}} \right|}}{{\rm{m}}}\) và bán kính \({\rm{R}}\) là \(\frac{{\left| {\rm{q}} \right|}}{{\rm{m}}} = \frac{{\rm{E}}}{{{\rm{B}}{{\rm{B}}_0}{\rm{R}}}}\).
Trong khu vực chọn vận tốc, ion chuyển động thẳng đều.
Trong vùng từ trường đều \({{\rm{\vec B}}_0}\), lực từ làm ion chuyển động theo quỹ đạo tròn.
Các ion thoát ra được khỏi khu vực chọn vận tốc đều có tốc độ \({\rm{v}} = \frac{{\rm{B}}}{{\rm{E}}}\).
a) đúng
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{{\rm{F}}_{{{\rm{T}}_0}}} = \left| {\rm{q}} \right|{\rm{v}}{{\rm{B}}_0}}\\{{\rm{\;}}{{\rm{F}}_{{\rm{ht}}}} = {\rm{m}}\frac{{{{\rm{v}}^2}}}{{\rm{R}}}}\end{array} \Rightarrow \left| {\rm{q}} \right|{\rm{v}}{{\rm{B}}_0} = {\rm{m}}.\frac{{{{\rm{v}}^2}}}{{\rm{R}}}} \right.\)
\( \Rightarrow \left| {\rm{q}} \right|{{\rm{B}}_0} = \frac{{{\rm{mv}}}}{{\rm{R}}} \Rightarrow \frac{{\left| {\rm{q}} \right|}}{{\rm{m}}} = \frac{{\rm{v}}}{{{\rm{R}}.{{\rm{B}}_0}}}\)
\(\mathop \to \limits^{{\rm{v}} = \frac{{\rm{E}}}{{{\rm{\;B}}}}{\rm{\;}}} \Rightarrow \frac{{\left| {\rm{q}} \right|}}{{\rm{m}}} = \frac{{\rm{E}}}{{{\rm{R}}{{\rm{B}}_0}.{\rm{B}}}}\)
b) đúng
\({{\rm{F}}_{\rm{d}}} = {{\rm{F}}_{\rm{t}}} \Rightarrow \) Trong khu vực chọn vận tốc, ion chuyển động thẳng đều thì mới thoát ra được
c) sai
Trong vùng từ trường đều \({{\rm{\vec B}}_0}\), lực từ luôn vuông góc với véc tơ vận tốc \( \Rightarrow {{\rm{\vec F}}_{\rm{T}}}\) đóng vai trò là lực hướng tâm ⇒ Làm các ion chuyển động tròn đều.
d) sai
\({\rm{\vec E}}\) hướng sang trái, Từ trường \({\rm{\vec B}}\) đang đâm vào, các ion chuyển động (+) chẳng hạn. \({{\rm{\vec F}}_{\rm{d}}}\) có chiều hình vẽ.
+ Nếu \({{\rm{F}}_{\rm{d}}} > {{\rm{F}}_{\rm{T}}}\) kéo các hạt chuyển động lệch hướng sang trái
+ Nếu \({{\rm{F}}_{\rm{d}}} < {{\rm{F}}_{\rm{T}}}\) kéo các hạt chuyển động lệch hướng sang phải
Để hạt đi thẳng và thoát ra khỏi bắt buộc \({{\rm{F}}_{\rm{d}}} = {{\rm{F}}_{\rm{t}}}\)
\({{\rm{F}}_{\rm{T}}} = {{\rm{F}}_{\rm{d}}} \Rightarrow \left| {\rm{q}} \right|{\rm{vB}} = {\rm{E}}\left| {\rm{q}} \right| \Rightarrow {\rm{v}} = \frac{{\rm{E}}}{{\rm{B}}}{\rm{x}}\)