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阿爾法粒子X射線光譜儀

阿爾發粒子X射線光譜儀（alpha particle X-ray spectrometer），英文簡稱「APXS」，是一種光譜儀，用於分析散發α粒子樣品以及受α粒子或X射線照射後，反射X射線熒光的樣品元素成分[1]。這種分析樣品元素構成的方法最常用於航天任務，因為航天任務要求探測設備重量輕、體積小、功耗低。其他方法（如質譜法）速度更快，不需使用放射性物質，但需要更大的設備和更高的功耗。「阿爾法質子X射線光譜儀」是一種變型光譜儀，例如安裝在探路者任務上的阿爾法質子X射線光譜儀也能探測質子。

阿爾發粒子X射線光譜儀（左上）；安裝在旅居者號背面的阿爾發粒子X射線光譜儀（右圖）；火星科學實驗室好奇號上帶標尺的阿爾法粒子X射線光譜儀（左下）。

多年來，這種儀器的幾種改進型，如不帶X射線的阿爾發粒子光譜儀（APS）或阿爾發質子X射線光譜儀（APXS）已應用於：勘測者5-7號[2]、火星探路者號[3]、火星96[4]、火星探測漫遊者[5]、福玻斯計劃[6]、火星科學實驗室和菲萊彗星着陸器等[7][8]。APS/APXS設備也將應用於包括錢德拉揚2號月球車在內的未來幾項任務中[9]

放射源

阿爾發粒子X射線光譜儀採用α粒子、質子和X射線等多種輻射形式，α粒子、質子和X射線都是不穩定原子在放射性衰變過程中所發射的。α粒子的一種常見來源是鋦244，它放射能量為5.8兆電子伏特的粒子；而鈈240在衰變過程中會輻射出14和18千電子伏特的X射線。火星探測車搭載的光譜儀所用輻射源是強度約為30毫居里（1.1吉貝克）的鋦244.[10]。

α粒子

 
旅居者號正對瑜伽石進行阿爾發粒子X射線光譜測量。

如果某些具有一定能量的阿爾法粒子與原子核碰撞，它們就會被反射到探測器。在接近180°角度內的盧瑟福背散射物理定律完全遵守能量守恆和線性動量守恆，使得計算被阿爾法粒子擊中的原子核質量成為可能。

輕元素吸收阿爾法粒子更多的能量，而重原子核則幾乎以阿爾法粒子相同的能量反射。散射的α粒子能譜顯示，初始α粒子的峰值從25%到近100%，該光譜可用於測定樣品的成分，尤其是較輕的元素成分。低反向散射率使得需要長時間的照射，大約需要10小時。

質子

部分α粒子會被原子核吸收，[α，質子]過程將產生出具有一定能量，可探測到的質子，使用這種方法可檢測鈉、鎂、硅、鋁和硫等。此方法僅用於火星探路者上的阿爾發粒子X射線光譜儀，對於火星探測車上的質子探測器，則被第二種阿爾法粒子傳感器取代，所以它也被稱為阿爾發粒子X射線光譜儀。

X射線

阿爾法粒子也能激射出原子內殼層（K和L殼層）電子，產生的空位將由外殼層的電子來填充，從而產生出一種獨特的X射線輻射。這一過程被稱為「粒子誘導X射線輻射」，相對容易檢測，對較重的元素具有最佳的靈敏度和分辨率。

專用設備

圖集

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    火星上的「博南扎國王」岩（Bonanza King）-用除塵工具清潔過（2014年8月17日）。
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    火星上的「博南扎國王」岩- 除塵並初步鑽探（2014年9月11日）。
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    火星上的「博南扎國王」岩-由於岩石鬆動，停止鑽探（2014年9月11日）。
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    火星上的「博南扎國王」岩--阿爾發粒子X射線光譜分析（好奇號漫遊車，2014年9月11日）。

參引文獻

  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/ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Johannes Gutenberg Universität Mainz, Alpha particle x-ray spectrometer developed in Mainz to be used on comet Churyumov–Gerasimenko （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, 10 April 2014
  8. ^ Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) - Mission Name: Philae. NASA. 26 August 2014 [2021-08-27]. （原始內容存檔於2021-08-27）. 
  9. ^ 。 Payloads for Chandrayaan-2 Mission Finalised. isro.gov.in. Indian Space Research Organisation. 2010-08-30 [2012-08-07]. （原始內容存檔於15 October 2012）. 
  10. ^ unknown. Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) (2 pages) (PDF). [2021-08-27]. （原始內容存檔 (PDF)於2006-03-02）. 
  11. ^ JPL QuickLook - Phobos 1, 2
  12. ^ SMALL AUTONOMOUS STATIONS - Mars 96. [2021-08-27]. （原始內容存檔於2012-08-22）. 
  13. ^ Mars Pathfinder Instrument Descriptions - NASA. [2021-08-27]. （原始內容存檔於2016-04-20）. 
  14. ^ ATHENA - Cornell University. [2021-08-27]. （原始內容存檔於2018-11-28）. 
  15. ^ Mars Exploration Rovers: Spacecraft: Surface Operations: Instruments: Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS). NASA JPL. [2021-08-27]. （原始內容存檔於2010-11-30）. 
  16. ^ NASA - Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS)

外部連結

 
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