质谱仪是称量单个原子的天平。它剥去每个原子上的一个电子使其成为离子，将离子通过已知电压加速，使它们都携带相同能量，然后在磁场中偏转它们。洛伦兹力对运动电荷始终垂直于其运动方向，使每个离子弯曲成圆形 — 由于较重的离子更难转向，它在更大的弧线上运动。一种元素进入磁铁，一束分离的束流从中射出，每种同位素对应一束。
本展品精确运行这些物理过程。每个离子获得相同的动能 qV = ½mv²，因此较轻的离子以更快的速度离开加速器；在磁场中，每个离子沿半径 r = mv/(qB) = √(2mV/q)/B 的圆运动，探测器上的落点按 √(m/q) 缩放。选择氖元素，著名的 ²⁰Ne / ²²Ne 双峰在底板上分裂 — 正是弗朗西斯·阿斯顿于 1919 年证明单一元素可以是同位素混合物的那次测量，这项工作为他赢得了诺贝尔奖。切换至氙可看到九个峰的森林，提高磁场将谱线向内拉，或打开源能量扩散，观看谱线模糊，与真实分辨率限制完全相同。
两个探测器已连接好：一张同时记录所有质量的感光底板，就像阿斯顿的做法；以及一个固定半径的单路法拉第杯，在磁场扫描时每种同位素依次经过，描绘每台现代仪器都打印的峰谱。同样的场和力的舞蹈 — 加速、偏转、探测 — 就是您在 DigiSim 的 Logic Lab 中逐门连接可以实现的。
规格
- 原理
- 洛伦兹力偏转离子；r = √(2mV/q) ⁄ B
- 分离
- 落点 ∝ √(m/q) — 同位素呈扇形展开
- 样品
- 氖、氯、氙、铅 — 真实同位素丰度
- 模拟内容
- 精确离子光学、实时底板曝光 + 法拉第扫描
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