Modèle d'un spectromètre de masse

Un filtre de Wien (sélecteur de vitesse) permet d'isoler les particules d'un faisceau de particules à vitesse spécifique . Pour étudier la masse des particules, le dispositif expérimental doit être étendu à un spectromètre de masse.

Configuration:

Dans cette configuration étendue, le champ magnétique ne s'arrete pas à l'ouverture, mais continue dans l'espace arrière. Après avoir quitté le filtre de Wien, seul le mouvement de charge de la force de Lorentz agit sur les particules. En outre, on trouve à l'arrière de l'ouverture une plaque détectrice où viennent se heurter les particules.

Fonction:

Si une particule chargée se déplace à une vitesse v, en présence d'un champ magnétique B, elle subira une force de Lorentz perpendiculaire à la direction de déplacement:$$F_{\rm{Lorentz}}=q\cdot v\cdot B$$ Cette force provoque un mouvement circulaire des particules car la force de Lorentz agit cimme une force centripète sur les particules. Le rayon du mouvement circulaire est:$$F_{\rm{Lorentz}}=F_{\rm{Zentripetal}}\Rightarrow q\cdot v\cdot B=m\cdot \frac{v^2}{r} \Rightarrow r=\frac{m\cdot v}{q\cdot B}$$ En raison du sélecteur toutes les particules ont une vitesse $v=v_{\text{passage}}$.
Avec$v_{\text{passage}}=\frac{E}{B}$ on obtient$$r=\frac{m\cdot v_{\text{passage}}}{q\cdot B}= \frac{m\cdot E}{q\cdot B^2}$$ Donc les particules avec la même charge mais un mouvement de masse différent se déplacent dans un cercle à rayons différents. Ainsi, ils entrent en collision avec la plaque de détection en des endroits différents. Avec une distance $d=2\cdot r$ entre le point d'impact et l'ouverture du sélecteur de vitesse, la masse des particules peut être calculée par:$$m=\frac{q\cdot B\cdot d}{2\cdot v_{\text{passage}}}=\frac{q\cdot B^2\cdot d}{2\cdot E}$$

Limites:

Les particules chargées peuvent être étudiées avec un spectromètre de masse de Bainbridge.
En outre, la charge doit être connue pour calculer la masse des particules. Sinon, seule la charge spécifique q/m peut être calculée.
Les particules ayant le même rapport charge/masse arrivent sur la plaque de détection avec la même distance d de l'ouverture.