Un spectromètre de masse à accélérateur est un appareil de laboratoire qui utilise une combinaison de magnétisme et de haute tension pour mesurer les éléments radioactifs. Bien qu’il ait été démontré pour la première fois dans les années 1930, l’utilisation d’accélérateurs combinés à la spectrométrie de masse n’est devenue courante que dans les années 1970. La spectrométrie de masse est la mesure de la masse d’une molécule ou d’un atome en séparant différents atomes par leur poids ou leur masse à l’aide de champs magnétiques.
L’archéologie, l’étude des civilisations anciennes, a utilisé la présence de matières radioactives, principalement du carbone, depuis le début du 20e siècle. Un scientifique pourrait prélever un échantillon sur un site archéologique, mesurer la quantité de carbone 14 radioactif présent dans l’échantillon et estimer l’âge de l’échantillon ou de l’artefact. Avant l’utilisation d’un spectromètre de masse à accélérateur, la mesure du carbone 14 prenait du temps et nécessitait une grande quantité de matériel. La science de l’utilisation du carbone radioactif pour déterminer l’âge d’artefacts anciens est connue sous le nom de datation au carbone.
Il y a plusieurs sections différentes dans un spectromètre de masse à accélérateur, mais l’équipement principal est un séparateur magnétique et un accélérateur en tandem. La première partie de l’unité utilise un séparateur magnétique de faible puissance pour éliminer les particules ou molécules indésirables du flux d’échantillon. Ensuite, l’échantillon pénètre dans l’accélérateur en tandem, qui accélère d’abord les particules en attirant la particule chargée négativement avec une charge électrique positive à haute énergie, dépassant des millions de volts.
Les particules accélérées traversent ensuite un strippeur d’électrons, qui est soit une très fine couche de carbone, soit un gaz spécifique. Les électrons sont retirés de la particule, ce qui donne un ion chargé positivement. Les ions sont à nouveau accélérés, car ils sont repoussés par la forte charge positive de l’accélérateur. C’est pourquoi cette partie de l’appareil est appelée accélérateur tandem, car elle affecte deux fois les ions en utilisant les effets d’attraction et de répulsion dus à la charge électrique.
Une fois que les ions à grande vitesse quittent la section en tandem, le reste du spectromètre de masse de l’accélérateur est constitué d’aimants supplémentaires qui peuvent diriger le flux d’échantillons vers un détecteur qui compte le nombre de particules qui l’atteignent. Chaque section du spectromètre est connectée à des ordinateurs qui peuvent ajuster la force électrique et magnétique pour contrôler le flux de produit. Les détecteurs sont extrêmement sensibles et peuvent détecter un ion radioactif parmi plusieurs millions d’ions non radioactifs.
Parallèlement à son utilisation en archéologie et en géologie, un spectromètre de masse à accélérateur peut être utilisé dans les tests de diagnostic médical. Un élément radioactif, appelé traceur, peut être injecté à un patient ou inclus en faible quantité dans un médicament pris par le patient. Au fur et à mesure que le corps absorbe le médicament, l’élément traceur peut être vu à l’aide d’échantillons introduits dans un spectromètre de masse à accélérateur. La capacité du spectromètre à voir de très petites quantités d’un élément radioactif rend la technique précieuse, car le patient voit de très faibles niveaux de radioactivité qui ne sont pas censés causer de problèmes de santé.