ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ МАГНИТНЫХ РЕЗОНАНСНЫХ МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ
Authors: Аруев Н.Н. , Богданов А.А. , Юденич В.С. 
Published: December 2024

Разработанные во второй половине 20 века в ФТИ им. А.Ф.Иоффе магнитные резонансные масс-спектрометры (МРМС) до сих пор обладают таким комплексом параметров, что для решения многих аналитических задач, в частности, по изотопии гелия, им нет альтернативы. Достаточно сказать, что при разрешающей способности одного из приборов в несколько тысяч по основанию массового пика 3He абсолютная чувствительность его составляет 105 атомов этого изотопа в объёме камеры масс-анализатора ( 2.5 литра), а изотопное отношение 3He / 4He, измеренное в единичном эксперименте, может достигать 1010и даже 1011. На другом приборе такого типа была достигнута разрешающая способность более 150 тысяч по основанию массового пика, что позволило зарегистрировать дублет тритий гелий-3 (3T 3He). Высокие аналитические характеристики МРМС позволяют широко использовать их для исследований изотопии гелия в природных и техногенных объектах (твёрдых, жидких, газообразных) в метеоритах и лунном грунте, железо-марганцевых конкрециях со дна морей и океанов, в ледяных кернах из скважины озера Восток в Антарктиде, в воде из горных ручьёв Монголии и гейзеров Исландии, в вулканических газах Камчатки и газах, выделенных из конструкционных материалов современной термоядерной установки. Здесь мы рассматриваем принцип и режимы работы МРМС и его устройство. Основное внимание уделяется деталям, которые отличают подобные приборы от других инструментов и позволяют получить чрезвычайно высокие аналитические характеристики. Часть этих характеристик представлена в статье.

The magnetic resonance mass spectrometers (MRMS) developed in second half of the 20-th century at the Ioffe Institute have the such set of parameters that these instruments have no alternative for a decision of many analytical tasks , in particular of helium isotopes studies. Suffice it to say, that the resolving power at a base of the 3He mass line of one instrument is equal to several thousands and the absolute sensitivity of this setup is about 106 for 3He atoms in the mass-analyzer volume (2,5 liter) and simultaneously the isotopic ratio 3He/ 4He measured in a single experiment can achieve 109 and even 1010. The resolution power of the other apparatus of this type was about 150 thousands at a base of the 3He mass line and it permitted recording the 3He- 3T doublet. The high analytical characteristics of MRMS allow one to use these instruments widely for studies of the helium isotopes in natural and technogenic samples (solid, liquid and gaseous) : meteorites, lunar matter, Fe-Mn nodules from a bottom of seas and oceans , ice kerns from drillhole to lake Vostok in Antarctica, water specimens from mountain streams in Mongolia and geysers in Iceland, volcanic gases from Kamchatka and gases extracted from structural materials of the modern thermonuclear reactor. Here we consider the principle and the modes of MRMS operation аnd its design. The special attention is paid to the details which distinguish these instruments from other devices and allow obtaining the extremely high analytical parameters. Part of these characteristics are presented in the paper.