[發明專利]一種測量85Kr同位素的原子個數的方法和系統

有效

• 申請號: 201310080491.0
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103196911A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 胡水明;程存峰;孫羽;成國勝;劉安雯
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N27/62
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及同位素測量領域，尤其是涉及一種測量⁸⁵Kr同位素的原子個數的方法和系統。

背景技術

同位素是指具有相同質子數的同一化學元素的多種核素之一。⁸⁵Kr是Kr的同位素之一，半衰期10.8年。目前，由于Kr氣體的特殊的化學穩定性，對⁸⁵Kr氣體同位素濃度的測量可適用于進行相應的示蹤監測或年代測定。在對⁸⁵Kr氣體同位素濃度的測量時，由于空氣中的原子個數固定，因此通常根據⁸⁵Kr的原子個數最終計算出⁸⁵Kr的濃度。

由于⁸⁵Kr的自然豐度僅有10^-11，因此測量⁸⁵Kr的原子個數的難度很大。目前的現有技術中，對⁸⁵Kr氣體同位素原子個數的測量方法主要有兩種。一種是低劑量輻射計數(Low-Level-Counting)方法，該方法是利用⁸⁵Kr具有放射性，采用超高靈敏探測器測量⁸⁵Kr氣體同位素的自然衰變，通過測得的放射線強度得到該同位素的含量。這種直接的測量方法受限于⁸⁵Kr同位素的衰變速度，并且⁸⁵Kr的半衰期10.8年，因此測量時間較長，再加上放射線的強度低，以及容易受到宇宙射線等信號的干擾，導致所需的樣品量較大，往往需要在較深的地下進行測量，以屏蔽宇宙射線。

另一種是加速器質譜(Accelerator-Mass-Spectrometry)方法，該方法首先用粒子加速器將⁸⁵Kr的電高原子加速至很高的速度，然后再將加速后的原子進行電子剝離，得到帶正電荷數目較高的原子核，最后用高靈敏的質譜進行測量。該方法不再受限于⁸⁵Kr同位素的自然衰變速度，從而大大縮短了測量的時間。并且由于不再通過對放射線強度的測量，因此無需較多的樣品量，也不用在地下探測。但是，由于這種方法需要專用的粒子加速器，因此造價非常昂貴。并且實驗結果證明，該方法的效率大概在10^-5，效率較低。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種測量⁸⁵Kr同位素的原子個數的方法和系統，實現對成本的節約，并且提高測量的效率。

為此，本發明解決技術問題的技術方案是：

本發明提供了一種測量⁸⁵Kr同位素的原子個數的系統，所述系統包括：反饋式波長鎖定的激光發生裝置、分光裝置、冷卻激光調制裝置、冷卻激光照射裝置、減速激光調制裝置、減速激光照射裝置、囚禁激光調制裝置、囚禁激光照射裝置、真空裝置以及單原子計數裝置。

所述真空裝置包括依次相連的樣品腔、原子束產生裝置、冷卻腔、減速腔以及囚禁腔。

所述反饋式波長鎖定的激光發生裝置用于通過反饋控制生成具有目的波長的激光，并將所述具有目的波長的激光輸出至所述分光裝置。

所述分光裝置用于將所述反饋式波長鎖定的激光發生裝置輸出的激光分成三路，分別輸出至冷卻激光調制裝置、減速激光調制裝置以及囚禁激光調制裝置。

所述冷卻激光調制裝置用于將分光裝置輸出的一路激光調制成具有⁸⁵Kr冷卻波長的激光，并將所述具有⁸⁵Kr冷卻波長的激光輸出至所述冷卻激光照射裝置。

所述冷卻激光照射裝置用于將所述冷卻激光調制裝置輸出的具有⁸⁵Kr冷卻波長的激光輸出至真空裝置的冷卻腔用于對⁸⁵Kr氣體的冷卻。

所述減速激光調制裝置用于將分光裝置輸出的一路激光調制成具有⁸⁵Kr減速波長的激光，并將所述具有⁸⁵Kr減速波長的激光輸出至所述減速激光照射裝置。

所述減速激光照射裝置用于將所述減速激光調制裝置輸出的具有⁸⁵Kr減速波長的激光輸出至真空裝置的減速腔用于對⁸⁵Kr氣體的減速。

所述囚禁激光調制裝置用于將分光裝置輸出的一路激光調制成具有⁸⁵Kr囚禁波長的激光，并將所述具有⁸⁵Kr囚禁波長的激光輸出至所述囚禁激光照射裝置。