Spectro de masse

Particule chargée dans un champ électrique ou dans un champ magnétique
SPECTROGRAPHIE DE MASSE
Un spectrographe de masse est constitué de plusieurs parties comme l'indique la figure ci-dessous :
- La chambre d'ionisation (1) dans laquelle des atomes de potassium K
A
1
19
et K
A
2
19
de masses respectives
1
m et
2
m portés à
haute température sont ionisés en ions
+
K
. On considérera qu'à la sortie de cette chambre, en O
1
, la vitesse des ions est quasi nulle ;
- La chambre d'accélération (2) dans laquelle les ions sont accélérés entre O
1
et O
2
sous l'action d'une différence de potentiel établie
entre les deux grilles G
1
et G
2
;
- La chambre de déviation (3) dans laquelle les ions sont déviés par un champ magnétique uniforme
B
r
de direction perpendiculaire au
plan de figure. Un collecteur d'ions constitué d'une plaque photosensible est disposé entre M et N.
Les chambres sont sous vide. On négligera le poids des ions devant les autres forces et on admettra qu'à la sortie de la chambre
d'accélération, les vecteurs vitesse des ions sont contenus dans le plan de figure.
I. Accélération des ions
I.l. Quel doit être le signe de la différence de potentiel
21
GG
VV −
pour que les ions soient accélérés entre O
1
et O
2
?
I.2. Établir les expressions des vitesses
1
v et
2
v des ions lorsqu'ils parviennent en O
2
en fonction de
1
m ,
2
m ,
e
charge de
l’électron et
21
GG
VVU −=
.
II. Déviation des ions
II.l. Quel doit être le sens du champ magnétique
B
r
régnant dans la chambre de déviation pour que les ions puissent atteindre le
collecteur ?
II. 2. Montrer que, dans la chambre de déviation, la trajectoire des ions est plane et que leur mouvement est uniforme.
II.3. Montrer que la trajectoire de chaque type d'ion est un cercle dont on donnera le rayon
1
R , (respectivement
2
R ) en fonction de
1
m (respectivement
2
m ), e, U et B.
II.4. En admettant que le rapport des masses des ions est égal au rapport de leurs nombres de masse, exprimer le rapport
1
2
A
A
en
fonction des rayons
1
R et
2
R des trajectoires.
II.5. Application numérique : on observe sur la plaque photosensible deux taches T
1
et T
2
correspondant aux impacts des ions de masses
1
m et
2
m respectivement et telles que O
2
T
1
= 103,0cm ; O
2
T
2
=105,6cm. Déterminer
2
A sachant que A
1
= 39.
II.6. Décrire qualitativement quelle serait la trajectoire des ions si leur vitesse en O
2
n'était plus perpendiculaire au champ
magnétique
B
r
.
O
1
O
2
G2
G
1
M
N
collecteur
(1) chambre
d'ionisation
(
O