Espectròmetre de rajos X de partícules alfa

(S'ha redirigit des de: APXS)
APXS és també una abreviatura per eina d'extensió de l'apatxe, una extensió per servidors de web de l'apatxe.

Un espectròmetre de rajos X de partícules alfa (o APXS per les seves sigles en anglès: alpha particle X-ray spectrometer) és un espectròmetre que analitza la composició d'elements químics d'una mostra de les partícules alfa disperses i els rajos X fluorescents després de la mostra s'irradia amb partícules d'alfa i rajos X de fonts radioactives.[1] Aquest mètode d'anàlisi de la composició elemental d'una mostra s'utilitza més sovint en missions espacials, que requereixen poc pes, mida reduïda i un mínim consum d'energia. Altres mètodes (per exemple, espectrometria de masses) són més ràpids i no requereixen l'ús de materials radioactius, sinó que requereixen equips més grans amb requisits d'energia menys modests. Una variació és l'espectròmetre de raigs X de protons alfa, com en la missió Pathfinder, que també detecta protons.

MER APXS PIA05113.jpg Back of Sojourner and its Alpha Proton X-Ray Spectrometer.png
MSL - Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS).jpg
Espectròmetre de raigs X de partícules alfa (a dalt a l'esquerra), APXS a la part posterior de l'explorador Sojourner (a la dreta), espectròmetre de raigs X de partícules alfa d'MSL de la Curiosity, amb una regla (a la part inferior esquerra).

Al llarg dels anys, s'han volat diverses versions modificades d'aquest tipus d'instruments com APS (sense espectròmetre de raigs X) o APXS: Surveyor 5-7,[2] Mars Pathfinder,[3] Mars 96,[4] Mars Exploration Rover,[5] Fobos,[6] Mars Science Laboratory i el mòdul d'aterratge Philae al cometa.[7][8] Els dispositius APS / APXS s'inclouran en diverses missions properes, inclosa l'astromòbil lunar Chandrayaan-2.[9]

FontsModifica

Diverses formes de radiació s'utilitzen en l'APXS. Inclouen partícules alfa, protons, i raigs X. Les partícules alfa, els protons i els raigs X s'emeten durant la desintegració radioactiva d'àtoms inestables. Una font comuna de partícules d'alfa és curi-244. Emet partícules amb una energia de 5,8 MeV. S'emeten raigs X de 14 i 18 keV en la descomposició del plutoni-240. La càrrega útil d'Athena dels Mars Exploration Rovers utilitzen curi-244 amb una potència d'uns 30 mil·licuries (1,1 GBq).[10]

Partícules d'alfaModifica

 
Sojourner pren la seva mesura APXS de la roca Yogi.

Algunes de les partícules alfa d'una energia definida es retrodispersen al detector si col·lideixen amb un nucli atòmic. Les lleis físiques per a la retrodispersió de Rutherford en un angle proper a 180° són la conservació de l'energia i conservació del moment lineal. Això el fa possible per calcular la massa del nucli copejat per la partícula d'alfa.

Els elements lleugers absorbeixen més energia de la partícula alfa, mentre que les partícules alfa es reflecteixen en nuclis gruixuts gairebé amb la mateixa energia. L'espectre energètic de la partícula alfa dispersa mostra pics del 25% fins a gairebé el 100% de les partícules alfa inicials. Aquest espectre permet determinar la composició de la mostra, especialment per als elements més lleugers. La baixa taxa de retrodispersió fa que sigui necessària una irradiació perllongada, aproximadament 10 hores.

ProtonsModifica

Algunes de les partícules alfa són absorbides pels nuclis atòmics. El procés [alfa, protó] produeix protons d'una energia definida que es detecten. El sodi, el magnesi, el silici, l'alumini i el sofre poden ser detectats per aquest mètode. Aquest mètode només es va utilitzar en el Mars Pathfinder APXS. Per als Mars Exploration Rovers el detector de protons va ser reemplaçat per un segon sensor de partícules alfa.

Raig XModifica

Les partícules alfa també són capaços d'expulsar electrons de la capa interior (capa K i L) d'un àtom. Aquestes vacants s'omplen amb electrons procedents de les capes exteriors, que donen lloc a l'emissió d'un raig X característic. Aquest procés es denomina emissió de raigs X induït per partícules i és relativament fàcil de detectar i té la millor sensibilitat i resolució per als elements més pesats.

Instruments específicsModifica

GaleriaModifica

ReferènciesModifica

  1. Economou, T.E.; Turkevich, A.L.; Sowinski, K.P.; Patterson, J.H.; Franzgrote, E.J. «The Alpha-Scattering Technique of Chemical Analysis». Journal of Geophysical Research, 75, 32, 1970, pàg. 6514. Bibcode: 1970JGR....75.6514E. DOI: 10.1029/JB075i032p06514.
  2. Patterson, J.H.; Franzgrote, E.J.; Turkevich, A.L.; Anderson, W.A.; Economou, T.E. «Alpha-scattering experiment on Surveyor 7 - Comparison with Surveyors 5 and 6». Journal of Geophysical Research, 74, 25, 1969, pàg. 6120–48. Bibcode: 1969JGR....74.6120P. DOI: 10.1029/JB074i025p06120.
  3. R. Rieder; H. Wänke; T. Economou; A. Turkevich «Determination of the chemical composition of Martian soil and rocks:The alpha proton X ray spectrometer». Journal of Geophysical Research, 102, E2, 1997, pàg. 4027–4044. Bibcode: 1997JGR...102.4027R. DOI: 10.1029/96JE03918.
  4. Rieder, R.; Wanke, H.; Economou, T. «An Alpha Proton X-Ray Spectrometer for Mars-96 and Mars Pathfinder». American Astronomical Society, 28, 1997, pàg. 1062. Bibcode: 1996DPS....28.0221R.
  5. R. Rieder; R. Gellert; J. Brückner; G. Klingelhöfer; G. Dreibus «The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers». Journal of Geophysical Research, 108, E12, 2003, pàg. 8066. Bibcode: 2003JGRE..108.8066R. DOI: 10.1029/2003JE002150.
  6. 6,0 6,1 Hovestadt, D.; Andreichikov, B.; Bruckner, J.; Economou, T.; Klecker, B.; Kunneth, E. «In-Situ Measurement of the Surface Composition of the Mars Moon Phobos: The Alpha-X Experiment on the Phobos Mission». Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference, 19, 1988, pàg. 511. Bibcode: 1988LPI....19..511H.
  7. 7,0 7,1 http://www.uni-mainz.de/, Johannes Gutenberg Universität Mainz, Alpha particle x-ray spectrometer developed in Mainz to be used on comet Churyumov–Gerasimenko, 10 April 2014
  8. «Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) - Mission Name: Philae». NASA, 26-08-2014.
  9. «Payloads for Chandrayaan-2 Mission Finalised». isro.gov.in. Indian Space Research Organisation, 30-08-2010. [Consulta: 7 agost 2012].
  10. unknown. «Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) (2 pages)».
  11. JPL QuickLook - Phobos 1, 2
  12. SMALL AUTONOMOUS STATIONS - Mars 96
  13. Mars Pathfinder Instrument Descriptions - NASA
  14. ATHENA - Cornell University
  15. «Mars Exploration Rovers: Spacecraft: Surface Operations: Instruments: Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS)». NASA JPL.
  16. NASA - Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS)

Enllaços externsModifica

  • H. Wänke; J. Brückner; G. Dreibus; R. Rieder; Jo. Ryabchikov (2001). "Composició química de Roques i Terres al Pathfinder Lloc". Falta indicar la publicació. DOI: 10.1023/A:1011961725645. (1/4): 317–330. doi:10.1023/Un:1011961725645.