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アルファ粒子X線分光計（APXS）は、放射性線源からのアルファ粒子とX線を試料に照射した後、散乱したアルファ粒子と蛍光X線から試料の化学元素組成を分析する分光計です。 [ 1 ]この試料の元素組成分析方法は、軽量、小型、最小限の電力消費が求められる宇宙ミッションで最もよく使用されます。他の方法（質量分析など）はより高速で、放射性物質を使用する必要はありませんが、より大きな装置とより大きな電力要件が必要です。パスファインダーミッションなどで使用されているアルファ陽子X線分光計は、陽子も検出します。
長年にわたり、APS（X線分光計なし）やAPXSなどのこの種の機器の改良版が、サーベイヤー5-7号[ 2 ] 、マーズ・パスファインダー[ 3 ] 、マーズ96号[ 4 ] 、マーズ・エクスプロレーション・ローバー[ 5 ] 、フォボス[ 6 ]、マーズ・サイエンス・ラボラトリー、フィラエ彗星着陸機[ 7 ] [ 8 ] 、チャンドラヤーン3号月面探査車[ 9 ]など、いくつかのミッションで運用されてきた。APS /APXS装置は、今後予定されているいくつかのミッションにも搭載される予定である。
APXSでは、いくつかの種類の放射線が使用されます。これらには、アルファ粒子、陽子、およびX線が含まれます。アルファ粒子、陽子、およびX線は、不安定な原子の放射性崩壊中に放出されます。アルファ粒子の一般的な発生源はキュリウム244です。これは、5.8 MeVのエネルギーを持つ粒子を放出します。14 keVと18 keVのX線は、プルトニウム240の崩壊で放出されます。火星探査ローバーのアテナペイロードは、約30ミリキュリー（1.1 GBq ）の線源強度を持つキュリウム244を使用しています。[ 10 ]
特定のエネルギーを持つアルファ粒子の一部は、原子核と衝突すると検出器に後方散乱される。180 °に近い角度でのラザフォード後方散乱に関する物理法則は、エネルギー保存則と線運動量保存則である。これにより、アルファ粒子が衝突した原子核の質量を計算することが可能となる。
軽元素はアルファ粒子のエネルギーをより多く吸収する一方、重元素はほぼ同じエネルギーでアルファ粒子を反射します。散乱されたアルファ粒子のエネルギースペクトルは、初期アルファ粒子の25%からほぼ100%までのピークを示します。このスペクトルにより、特に軽元素の場合、試料の組成を決定することが可能です。後方散乱率が低いため、約10時間という長時間の照射が必要となります。
アルファ粒子の一部は原子核に吸収されます。[アルファ、陽子]過程によって、特定のエネルギーを持つ陽子が生成され、それが検出されます。この方法では、ナトリウム、マグネシウム、ケイ素、アルミニウム、硫黄を検出できます。この方法は、マーズ・パスファインダーのAPXSでのみ使用されました。マーズ・エクスプロレーション・ローバーでは、陽子検出器が2つ目のアルファ粒子センサーに置き換えられました。そのため、アルファ粒子X線分光計とも呼ばれます。
アルファ粒子は、原子の内殻（K殻とL殻）から電子を放出する能力も持っています。これらの空席には外殻の電子が入り込み、その結果、特性X線が放出されます。この過程は粒子誘起X線放出と呼ばれ、比較的容易に検出でき、特に重元素において高い感度と分解能を発揮します。
