Trennung von Isotopen
Aufgabe: Trennung von C-12 und C-14
Mit Hilfe des Massenspektrometers sollen für eine C-14-Untersuchung in der
Archäologie Kohlenstoffatome der Sorte C-12 (je 6 Neutronen und Protonen im
Kern) von denen der Sorte C-14 (6 Protonen und 8 Neutronen) getrennt werden.
a) An der Beschleunigungselektrode fehlt bewusst eine Angabe der
Spannungsrichtung. Warum?
b) Berechnen Sie die Masse dieser Atome aus den Massen der einzelnen Protonen
und Neutronen. Elektronen können vernachlässigt werden.
c) Berechnen Sie die mittlere Geschwindigkeit eines einfach positiv geladenen
C-12 und C-14-Ions beim Austritt aus dem Ofen (T = 6.000K) und nach der
Beschleunigungselektrode (UB=400V).
Wie verändern sich diese Geschwindigkeiten bei mehrfach geladenen Ionen?
d) Wie unterscheiden sich die Geschwindigkeiten von C-12 und C-14-Ionen?
Begründen Sie ausführlich.
e) Die Ablenkspannung im Geschwindigkeitsfilter betrage 350V. Der Plattenabstand ist 14cm.
Berechnen Sie die benötigte Magnetfeldstärke B1 im Geschwindigkeitsfilter, so dass die
zuvor berechneten C-12-Ionen durchgelassen werden.
f) Ein Strahl aus einfach ionisierten Kohlenstaoffatomen mit einer
Geschwindigkeit von 75.000 m/s trete nun in ein Magnetfeld der Stärke 66 mT
ein. Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn für C-12- und C-14-Ionen und ihr
prozentuales Verhältnis zueinander.