Filtro de íons

Normalmente quando pesquisas com partículas carregadas são realizadas, os cientistas precisam estudar partículas cujas velocidades sejam bem definidas. A maneira que eles recorrem para conseguir tal feito é construindo um filtro de íons, que na verdade tem como função bloquear partículas cujas velocidades sejam diferentes das velocidades determinadas por eles.

Para isso, os cientistas constroem um filtro de forma cilíndrica, possuindo pequenos orifícios em suas bases, e dois eletrodos que têm a função de produzir um campo elétrico constante em seu interior. Todo esse conjunto é colocado em um campo magnético B, cuja direção é perpendicular ao campo elétrico E, como podemos ver na figura acima. O filtro separa a região onde são produzidos os íons da região onde se quer estudar os íons.

De acordo com a figura, podemos verificar que só os íons que entram com a velocidade correta conseguem passar pelo segundo orifício. Os outros íons são desviados de sua trajetória e se chocam com as paredes do cilindro.

O íon que entra com velocidade v fica sujeito a uma força total dada pela soma vetorial das forças elétricas e magnéticas. Nesse tipo de filtro, as forças, tanto a magnética quanto a elétrica, têm a mesma direção, mas possuem sentidos contrários. Quando essas duas forças possuem o mesmo valor, ou seja, possuem o mesmo módulo, a força total passa a ser zero. Isso acontece quando temos:

qE = qvB

Apenas os íons com velocidade v = E/B passarão pelo cilindro sem sofrer nenhuma força, saindo pelo orifício de saída. Todos os íons que tiverem velocidades diferentes ficarão sujeitos a uma força total diferente de zero e serão desviados da trajetória inicial, errando o orifício de saída. Controlando o campo elétrico E dentro do filtro, é possível selecionar a velocidade dos íons que podem passar por ele.

Por Domiciano Corrêa Marques da Silva
Graduado em Física