Ein Beschleuniger-Massenspektrometer ist ein Laborgerät, das eine Kombination aus Magnetismus und Hochspannung verwendet, um radioaktive Elemente zu messen. Obwohl es erstmals in den 1930er Jahren demonstriert wurde, wurde der Einsatz von Beschleunigern in Kombination mit Massenspektrometrie erst in den 1970er Jahren alltäglich. Massenspektrometrie ist die Messung der Masse eines Moleküls oder Atoms durch Trennung verschiedener Atome nach ihrem Gewicht oder ihrer Masse unter Verwendung von Magnetfeldern.
Die Archäologie, die Erforschung alter Zivilisationen, nutzt seit dem frühen 20. Jahrhundert das Vorhandensein von radioaktiven Materialien, hauptsächlich Kohlenstoff. Ein Wissenschaftler könnte eine Probe von einer archäologischen Stätte entnehmen, die Menge an radioaktivem Kohlenstoff-14 in der Probe messen und das Alter der Probe oder des Artefakts schätzen. Vor der Verwendung eines Beschleuniger-Massenspektrometers war die Messung von Kohlenstoff-14 zeitaufwendig und erforderte eine große Menge an Material. Die Wissenschaft, radioaktiven Kohlenstoff zu verwenden, um das Alter alter Artefakte zu bestimmen, wird als „Kohlenstoffdatierung“ bezeichnet.
Es gibt mehrere verschiedene Abschnitte in einem Beschleuniger-Massenspektrometer, aber die Hauptausrüstung ist ein Magnetabscheider und ein Tandembeschleuniger. Der erste Teil der Einheit verwendet einen Magnetabscheider mit geringer Leistung, um unerwünschte Partikel oder Moleküle aus dem Probenstrom zu entfernen. Dann tritt die Probe in den Tandembeschleuniger ein, der die Teilchen zunächst beschleunigt, indem er das negativ geladene Teilchen mit einer energiereichen positiven elektrischen Ladung von mehr als Millionen Volt anzieht.
Die beschleunigten Teilchen passieren dann einen Elektronenstripper, der entweder eine sehr dünne Kohlenstoffschicht oder ein spezielles Gas ist. Elektronen werden aus dem Partikel entfernt, was zu einem positiv geladenen Ion führt. Die Ionen werden nun wieder beschleunigt, weil sie von der hohen positiven Ladung des Beschleunigers abgestoßen werden. Aus diesem Grund wird dieser Teil des Geräts als Tandembeschleuniger bezeichnet, da er die Ionen durch Anziehung und Abstoßung aufgrund der elektrischen Ladung zweimal beeinflusst.
Sobald die Hochgeschwindigkeitsionen den Tandemabschnitt verlassen haben, besteht der Rest des Beschleuniger-Massenspektrometers aus zusätzlichen Magneten, die den Probenstrom zu einem Detektor lenken können, der die Anzahl der ihn erreichenden Partikel zählt. Jeder Abschnitt des Spektrometers ist mit Computern verbunden, die die elektrische und magnetische Stärke anpassen können, um den Produktstrom zu steuern. Die Detektoren sind extrem empfindlich und können ein radioaktives Ion von vielen Millionen nicht radioaktiven Ionen erkennen.
Neben seinem Einsatz in der Archäologie und Geologie kann ein Beschleuniger-Massenspektrometer auch in der medizinisch-diagnostischen Untersuchung eingesetzt werden. Ein radioaktives Element, ein sogenannter Tracer, kann einem Patienten injiziert oder in kleinen Mengen in ein vom Patienten eingenommenes Medikament aufgenommen werden. Während der Körper das Medikament absorbiert, kann das Tracerelement anhand von Proben gesehen werden, die in ein Beschleuniger-Massenspektrometer eingebracht werden. Die Fähigkeit des Spektrometers, sehr kleine Mengen eines radioaktiven Elements zu sehen, macht die Technik wertvoll, da der Patient sehr geringe Radioaktivitätswerte sieht, von denen angenommen wird, dass sie keine Gesundheitsprobleme verursachen.