加速器質(zhì)譜及應(yīng)用

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1、練邀與,論加速器質(zhì)譜及應(yīng)用劉克新《北京大學(xué)物理學(xué)院重離子物理研究所教育部重離子物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京,00871)、摘要本文簡要介紹現(xiàn)代核分析技術(shù)加速器質(zhì)譜的基本原理技術(shù)發(fā)展以及在地、、—。球科學(xué)考古學(xué)環(huán)境科學(xué)和生命科學(xué)中的應(yīng)用關(guān)鍵詞加速器質(zhì)譜測量精度靈敏度同量異位素分離引言受的測量精度,要求被測樣品的同位素豐度不能太,。低從而限制測量靈敏度加速器質(zhì)譜則采用類似加速器質(zhì)譜(AMS)是上世紀(jì)70年代末發(fā)展起來,,普通質(zhì)譜的方法直接對放射性核素原子進(jìn)行記數(shù)的基于粒子加速器的一項(xiàng)現(xiàn)代核分析技術(shù)主要用,‘Oe、‘4、26、’‘

2、、”,從而大大提高探測效率所需要的樣品量只要lmg于檢測自然界中豐度極低的BeAzezI。,左右與普通質(zhì)譜計(jì)不同的是加速器質(zhì)譜計(jì)通過串等長壽命放射性核素一般通過測量放射性核素與eV。列靜電加速器將離子加速到兆電子伏(M)量其穩(wěn)定同位素的比值進(jìn)行斷代或示蹤研究加速器,,、級可有效抑制分子離子和同量異位素干擾使測質(zhì)譜具有測量靈敏度高所需樣品量小和測量效率一。10”,、、量靈敏度達(dá)到以上串列靜電加速器采用剝高的優(yōu)點(diǎn)在考古學(xué)地球科學(xué)環(huán)境科學(xué)和生命科,。離技術(shù)提高被加速離子的能量該技術(shù)在加速器質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用。

3、,MeV級,譜中可用于消除分子離子干擾在能量下加速器質(zhì)譜技術(shù)最早出現(xiàn)于核物理實(shí)驗(yàn)室1977年Mule:提出用回旋加速器檢測長壽命放射負(fù)分子離子經(jīng)過剝離器后形成的正離子通常是不穩(wěn),。,‘,c-定的很快離解并被加速器后面的分析器分離加性核素的原理并成功地測量H稍后加拿大M:Master大學(xué)和美國Rochester大學(xué)的兩組科學(xué)家同速器質(zhì)譜對同量異位素的抑制體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面’4’4時(shí)報(bào)道用加速器質(zhì)譜技術(shù)對’4c的成功測量2,,,他1某些核素的同量異位素(如c的同量異位素N),。,不能形成負(fù)離子因此對這些核素來說加速器質(zhì)

4、譜采們所用的是串列靜電加速器此后加速器質(zhì)譜不;斷發(fā)展,目前世界上約有50臺加速器質(zhì)譜裝置,用負(fù)離子源本身就完全消除同量異位素干擾o加速。器質(zhì)譜采用的重離子探測器具有鑒別不同核素的功每年測量數(shù)以萬計(jì)的樣品我國目前開展加速器質(zhì),’“e‘“、能對于較輕核素的同量異位素(如B和B)具有譜工作的單位有北京大學(xué)中國原子能科學(xué)院和中、;。較好分離作用?在較高能量下還可采用全剝離射科院上海原子核研究所、程吸收充氣磁鐵和特征X射線測量等同量異位素分1基本原理。離技術(shù)加速器質(zhì)譜計(jì)一般由離子源、注人系統(tǒng)、加速由于世界上絕大多數(shù)加速器質(zhì)譜

5、裝置所用的加、、。,器高能分析系統(tǒng)探測器和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)組成速器為串列靜電加速器本文只簡要介紹這類加速。1,圖為北京大學(xué)加速器質(zhì)譜裝置器質(zhì)譜的基本原理關(guān)于加速器質(zhì)譜原理的詳細(xì)描。述見參考文獻(xiàn)仁4」11.!l曰?1從‘頭目目目J達(dá)測量放射性核素豐度的傳統(tǒng)方法為常規(guī)衰變記數(shù)法,即通過累積測量放射性核素衰變產(chǎn)生的次級。粒子數(shù)推算其豐度比這種方法對于測量長壽命放射性核素具有很大的局限性,主要表現(xiàn)在需要的樣,?！畣?品量大測量時(shí)間長對半衰期為5730年的c廠C法拉第杯,1一109圖1典型加速器質(zhì)譜系統(tǒng)示意圖被測樣品一般需含碳測

6、量數(shù)天甚至幾周。,’“e’6的時(shí)間這一方法的探測對半衰期更長的BAI離子源通常采用一次可裝多個(gè)樣品的艷濺射負(fù),、,離子源這種離子源具有引出束流強(qiáng)度較大束流等核素效率更低為在合理測量時(shí)間內(nèi)達(dá)到可以接硯代位器、、,發(fā)射度小穩(wěn)定性好樣品之間相互干擾小等優(yōu)在樣品轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)離子過程和剝離過程如果系統(tǒng)傳。,點(diǎn)被測樣品經(jīng)過化學(xué)流程后制成單質(zhì)或化合物粉輸效率低束流損失較大也會(huì)引起一定程度的分,。。,末樣品粉末被壓實(shí)在樣品座里在艷正離子的轟餾因此加速器質(zhì)譜主要采用相對測量的方式即,,擊下樣品原子或分子濺射出表面其中一部分形通過測量已知

7、同位素豐度比的標(biāo)準(zhǔn)樣品對待測樣品。,。成負(fù)離子并被電場引出進(jìn)行校正以得到待測樣品的真實(shí)的同位素比值、注人系統(tǒng)一般由磁分析器交替注人系統(tǒng)和預(yù)2。技術(shù)發(fā)展加速管組成磁分析器的作用是對從離子引出的離子流進(jìn)行初步質(zhì)量分析,在注人待測放射性核素時(shí)加速器質(zhì)譜問世以來,經(jīng)過20多年的發(fā)展,,、、盡可能抑制其穩(wěn)定同位素的強(qiáng)峰拖尾有些加速器測量精度靈敏度測量效率等方面都有很大提,,可測。質(zhì)譜為提高注人系統(tǒng)的分析能力常增加一個(gè)靜電高量核素范圍也不斷擴(kuò)大分析器進(jìn)行能量選擇。加速器質(zhì)譜所要測量的通常2.1測量精度,’4c是放射性核素與其穩(wěn)

8、定同位素的比值因此需將兩利用確定樣品年代是科技考古中十分重要。,’4種或三種同位素交替注人到加速器中通常不用改的手段因此對加速器質(zhì)譜C測量精度提出了較,。變磁分析器磁場的方法實(shí)現(xiàn)交替注人而是通過在高的要求提高測量精度的關(guān)鍵在于提高系統(tǒng)的穩(wěn)與其他部分絕緣的磁鐵真空盒上交替加不同幅度的定性,盡量減小各種時(shí)變效應(yīng),進(jìn)行高精度測量的,,。高電壓來實(shí)現(xiàn)即使不同質(zhì)量的離