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阿尔法粒子X射线光谱仪

阿尔发粒子X射线光谱仪（alpha particle X-ray spectrometer），英文简称“APXS”，是一种光谱仪，用于分析散发α粒子样品以及受α粒子或X射线照射后，反射X射线荧光的样品元素成分[1]。这种分析样品元素构成的方法最常用于航天任务，因为航天任务要求探测设备重量轻、体积小、功耗低。其他方法（如质谱法）速度更快，不需使用放射性物质，但需要更大的设备和更高的功耗。“阿尔法质子X射线光谱仪”是一种变型光谱仪，例如安装在探路者任务上的阿尔法质子X射线光谱仪也能探测质子。

阿尔发粒子X射线光谱仪（左上）；安装在旅居者号背面的阿尔发粒子X射线光谱仪（右图）；火星科学实验室好奇号上带标尺的阿尔法粒子X射线光谱仪（左下）。

多年来，这种仪器的几种改进型，如不带X射线的阿尔发粒子光谱仪（APS）或阿尔发质子X射线光谱仪（APXS）已应用于：勘测者5-7号[2]、火星探路者号[3]、火星96[4]、火星探测漫游者[5]、福玻斯计划[6]、火星科学实验室和菲莱彗星着陆器等[7][8]。APS/APXS设备也将应用于包括钱德拉扬2号月球车在内的未来几项任务中[9]

放射源

阿尔发粒子X射线光谱仪采用α粒子、质子和X射线等多种辐射形式，α粒子、质子和X射线都是不稳定原子在放射性衰变过程中所发射的。α粒子的一种常见来源是锔244，它放射能量为5.8兆电子伏特的粒子；而钚240在衰变过程中会辐射出14和18千电子伏特的X射线。火星探测车搭载的光谱仪所用辐射源是强度约为30毫居里（1.1吉贝克）的锔244.[10]。

α粒子

 
旅居者号正对瑜伽石进行阿尔发粒子X射线光谱测量。

如果某些具有一定能量的阿尔法粒子与原子核碰撞，它们就会被反射到探测器。在接近180°角度内的卢瑟福背散射物理定律完全遵守能量守恒和线性动量守恒，使得计算被阿尔法粒子击中的原子核质量成为可能。

轻元素吸收阿尔法粒子更多的能量，而重原子核则几乎以阿尔法粒子相同的能量反射。散射的α粒子能谱显示，初始α粒子的峰值从25%到近100%，该光谱可用于测定样品的成分，尤其是较轻的元素成分。低反向散射率使得需要长时间的照射，大约需要10小时。

质子

部分α粒子会被原子核吸收，[α，质子]过程将产生出具有一定能量，可探测到的质子，使用这种方法可检测钠、镁、硅、铝和硫等。此方法仅用于火星探路者上的阿尔发粒子X射线光谱仪，对于火星探测车上的质子探测器，则被第二种阿尔法粒子传感器取代，所以它也被称为阿尔发粒子X射线光谱仪。

X射线

阿尔法粒子也能激射出原子内壳层（K和L壳层）电子，产生的空位将由外壳层的电子来填充，从而产生出一种独特的X射线辐射。这一过程被称为“粒子诱导X射线辐射”，相对容易检测，对较重的元素具有最佳的灵敏度和分辨率。

专用设备

图集

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    火星上的“博南扎国王”岩（Bonanza King）-用除尘工具清洁过（2014年8月17日）。
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    火星上的“博南扎国王”岩- 除尘并初步钻探（2014年9月11日）。
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    火星上的“博南扎国王”岩-由于岩石松动，停止钻探（2014年9月11日）。
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    火星上的“博南扎国王”岩--阿尔发粒子X射线光谱分析（好奇号漫游车，2014年9月11日）。

参引文献

  1. ^ Economou, T.E.; Turkevich, A.L.; Sowinski, K.P.; Patterson, J.H.; Franzgrote, E.J. The Alpha-Scattering Technique of Chemical Analysis. Journal of Geophysical Research. 1970, 75 (32): 6514. Bibcode:1970JGR....75.6514E. doi:10.1029/JB075i032p06514. 
  2. ^ Patterson, J.H.; Franzgrote, E.J.; Turkevich, A.L.; Anderson, W.A.; Economou, T.E.; Griffin, H.E.; Grotch, S.L.; Sowinski, K.P. Alpha-scattering experiment on Surveyor 7 - Comparison with Surveyors 5 and 6. Journal of Geophysical Research. 1969, 74 (25): 6120–48. Bibcode:1969JGR....74.6120P. doi:10.1029/JB074i025p06120. 
  3. ^ R. Rieder; H. Wänke; T. Economou; A. Turkevich. Determination of the chemical composition of Martian soil and rocks:The alpha proton X ray spectrometer. Journal of Geophysical Research. 1997, 102 (E2): 4027–4044. Bibcode:1997JGR...102.4027R. doi:10.1029/96JE03918  . 
  4. ^ Rieder, R.; Wanke, H.; Economou, T. An Alpha Proton X-Ray Spectrometer for Mars-96 and Mars Pathfinder. American Astronomical Society. 1997, 28: 1062. Bibcode:1996DPS....28.0221R. 
  5. ^ R. Rieder; R. Gellert; J. Brückner; G. Klingelhöfer; G. Dreibus; A. Yen; S. W. Squyres. The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers. Journal of Geophysical Research. 2003, 108 (E12): 8066. Bibcode:2003JGRE..108.8066R. doi:10.1029/2003JE002150  . 
  6. ^ 6.0 6.1 Hovestadt, D.; Andreichikov, B.; Bruckner, J.; Economou, T.; Klecker, B.; Kunneth, E.; Laeverenz, P.; Mukhin, L.; et al. In-Situ Measurement of the Surface Composition of the Mars Moon Phobos: The Alpha-X Experiment on the Phobos Mission. Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference. 1988, 19: 511. Bibcode:1988LPI....19..511H. 
  7. ^ 7.0 7.1 http://www.uni-mainz.de/ （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Johannes Gutenberg Universität Mainz, Alpha particle x-ray spectrometer developed in Mainz to be used on comet Churyumov–Gerasimenko （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 10 April 2014
  8. ^ Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) - Mission Name: Philae. NASA. 26 August 2014 [2021-08-27]. （原始内容存档于2021-08-27）. 
  9. ^ 。 Payloads for Chandrayaan-2 Mission Finalised. isro.gov.in. Indian Space Research Organisation. 2010-08-30 [2012-08-07]. （原始内容存档于15 October 2012）. 
  10. ^ unknown. Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) (2 pages) (PDF). [2021-08-27]. （原始内容存档 (PDF)于2006-03-02）. 
  11. ^ JPL QuickLook - Phobos 1, 2
  12. ^ SMALL AUTONOMOUS STATIONS - Mars 96. [2021-08-27]. （原始内容存档于2012-08-22）. 
  13. ^ Mars Pathfinder Instrument Descriptions - NASA. [2021-08-27]. （原始内容存档于2016-04-20）. 
  14. ^ ATHENA - Cornell University. [2021-08-27]. （原始内容存档于2018-11-28）. 
  15. ^ Mars Exploration Rovers: Spacecraft: Surface Operations: Instruments: Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS). NASA JPL. [2021-08-27]. （原始内容存档于2010-11-30）. 
  16. ^ NASA - Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS)

外部链接

 
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