Un espectrómetro de masas con acelerador es un dispositivo de laboratorio que utiliza una combinación de magnetismo y alto voltaje para medir elementos radiactivos. Aunque se demostró por primera vez en la década de 1930, el uso de aceleradores combinados con espectrometría de masas no se convirtió en algo común hasta la década de 1970. La espectrometría de masas es la medición de la masa de una molécula o átomo separando diferentes átomos por su peso o masa utilizando campos magnéticos.
La arqueología, el estudio de las civilizaciones antiguas, ha utilizado la presencia de materiales radiactivos, principalmente carbono, desde principios del siglo XX. Un científico podría tomar una muestra de un sitio arqueológico, medir la cantidad de carbono-20 radiactivo presente en la muestra y estimar la edad de la muestra o artefacto. Antes del uso de un espectrómetro de masas con acelerador, la medición del carbono 14 requería mucho tiempo y una gran cantidad de material. La ciencia del uso de carbono radiactivo para determinar la edad de los artefactos antiguos se conoce como «datación por carbono».
Hay varias secciones diferentes en un espectrómetro de masas con acelerador, pero el equipo principal es un separador magnético y un acelerador en tándem. La primera parte de la unidad utiliza un separador magnético de baja potencia para eliminar partículas o moléculas no deseadas del flujo de muestra. Luego, la muestra ingresa al acelerador en tándem, que primero acelera las partículas al atraer la partícula cargada negativamente con una carga eléctrica positiva de alta energía, que supera los millones de voltios.
Las partículas aceleradas luego pasan a través de un separador de electrones, que es una capa muy delgada de carbono o un gas específico. Los electrones se eliminan de la partícula, lo que resulta en un ion cargado positivamente. Los iones ahora se aceleran nuevamente, porque son repelidos por la alta carga positiva del acelerador. Es por eso que esta parte del dispositivo se llama acelerador en tándem, porque afecta dos veces a los iones utilizando los efectos de atracción y repulsión debidos a la carga eléctrica.
Una vez que los iones de alta velocidad abandonan la sección en tándem, el resto del espectrómetro de masas del acelerador son imanes adicionales que pueden dirigir la corriente de muestra a un detector que cuenta el número de partículas que lo alcanzan. Cada sección del espectrómetro está conectada a computadoras que pueden ajustar la fuerza eléctrica y magnética para controlar el flujo del producto. Los detectores son extremadamente sensibles y pueden detectar un ión radiactivo entre muchos millones de no radiactivos.
Junto con su uso en arqueología y geología, un espectrómetro de masas con acelerador se puede utilizar en pruebas de diagnóstico médico. Un elemento radiactivo, llamado trazador, puede inyectarse a un paciente o incluirse en pequeñas cantidades en un medicamento que toma el paciente. A medida que el cuerpo absorbe el fármaco, se puede ver el elemento trazador utilizando muestras introducidas en un espectrómetro de masas con acelerador. La capacidad del espectrómetro para ver cantidades muy pequeñas de un elemento radiactivo hace que la técnica sea valiosa, porque el paciente ve niveles muy bajos de radiactividad que no se cree que causen problemas de salud.