Альфа -частичный рентгеновский спектрометр ( APXS ) — это спектрометр , который анализирует химический элементный состав образца из рассеянных альфа-частиц и флуоресцентных рентгеновских лучей после облучения образца альфа-частицами и рентгеновскими лучами от радиоактивных источников. [1] Этот метод анализа элементного состава образца чаще всего используется в космических миссиях, которые требуют небольшого веса, небольшого размера и минимального энергопотребления. Другие методы (например, масс-спектрометрия ) быстрее и не требуют использования радиоактивных материалов, но требуют более крупного оборудования с большими требованиями к мощности. Разновидностью является альфа-протонный рентгеновский спектрометр , такой как в миссии Pathfinder , который также обнаруживает протоны .
За прошедшие годы было запущено несколько модифицированных версий этого типа приборов, таких как APS (без рентгеновского спектрометра) или APXS: Surveyor 5-7 , [2] Mars Pathfinder , [3] Mars 96 , [4] Mars Exploration Rover , [5] Phobos , [6] Mars Science Laboratory и кометный посадочный модуль Philae . [7] [8] Устройства APS/APXS будут включены в несколько предстоящих миссий, включая луноход Chandrayaan-2 . [9]
В APXS используется несколько форм излучения. Они включают альфа-частицы , протоны и рентгеновские лучи . Альфа-частицы, протоны и рентгеновские лучи испускаются во время радиоактивного распада нестабильных атомов. Распространенным источником альфа-частиц является кюрий-244 . Он испускает частицы с энергией 5,8 МэВ . Рентгеновские лучи с энергией 14 и 18 кэВ испускаются при распаде плутония-240 . Полезная нагрузка Athena марсохода Mars Exploration Rovers использует кюрий-244 с мощностью источника приблизительно 30 милликюри (1,1 ГБк ). [10]
Некоторые альфа-частицы определенной энергии рассеиваются обратно к детектору, если сталкиваются с атомным ядром. Физические законы для резерфордовского обратного рассеяния под углом, близким к 180°, — это сохранение энергии и сохранение линейного импульса . Это позволяет вычислить массу ядра, с которым сталкивается альфа-частица.
Легкие элементы поглощают больше энергии альфа-частицы, в то время как альфа-частицы отражаются тяжелыми ядрами почти с той же энергией. Энергетический спектр рассеянной альфа-частицы показывает пики от 25% до почти 100% исходных альфа-частиц. Этот спектр позволяет определить состав образца, особенно для более легких элементов. Низкая скорость обратного рассеяния делает необходимым длительное облучение, примерно 10 часов.
Некоторые из альфа-частиц поглощаются атомными ядрами. Процесс [альфа, протон] производит протоны определенной энергии, которые обнаруживаются. Натрий , магний , кремний , алюминий и сера могут быть обнаружены этим методом. Этот метод использовался только в Mars Pathfinder APXS. Для марсоходов Mars Exploration Rovers детектор протонов был заменен вторым датчиком альфа-частиц. Поэтому его также называют рентгеновским спектрометром альфа-частиц.
Альфа-частицы также способны выбрасывать электроны из внутренней оболочки (K- и L-оболочки) атома. Эти вакансии заполняются электронами из внешних оболочек, что приводит к излучению характеристического рентгеновского излучения. Этот процесс называется рентгеновским излучением, вызванным частицами , и его относительно легко обнаружить, а наилучшая чувствительность и разрешение у него для более тяжелых элементов.
Медиа, связанные с рентгеновским спектрометром альфа-частиц (APXS) на Wikimedia Commons
