[發明專利]一種具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀

有效

• 申請號: 201510520333.1
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105301088B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 姜山;包軼文;何明;蘇勝勇;游曲波;胡躍明;崔大慶
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及同位素測量技術，具體涉及一種具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀。其結構包括用于產生負離子的濺射負離子源，所述濺射負離子源與用于同時加速多個同位素離子的加速管相連接，所述加速管的輸出端連接同位素質量分辨系統，所述同位素質量分辨系統連接電荷轉換分析及多接收測量系統，所述電荷轉換分析及多接收測量系統連接離子探測系統。本發明能夠對多個同位素負離子同時進行加速，加速后的多個同位素負離子中穩定的同位素負離子被穩定同位素接收器進行測量，不穩定的同位素負離子轉換為正離子后被探測器測量，測量信號經時間匹配后同時傳送至核電子學和數據獲取單元進行數據運算。本發明結構簡單、操作維護方便，測量精度高。

技術領域

本發明涉及同位素測量技術，具體涉及一種具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀。

背景技術

加速器質譜儀(Accelerator Mass Spectrometry,以下簡稱AMS)是一種基于加速器技術和離子探測器技術的高能量同位素質譜儀，主要用于同位素豐度比值的測量。目前的AMS因加速器的存在，都是采用同位素先后交替加速、交替測量的分析方法。由于加速器和探測器的運用，AMS具有排除分子離子本底和同量異位素離子本底的能力，從而極大地提高了分析靈敏度，其同位素豐度靈敏度能夠達到1x10^-15。傳統質譜儀(Mass Spectrometry,以下簡稱MS)由于存在分子離子本底和同量異位素離子本底的干擾，其同位素豐度靈敏度僅為1x10^-8。

AMS雖然具有靈敏度高、樣品用量少等優點，但是與普通MS相比一方面儀器結構復雜，另一方面采用同位素交替注入、交替測量，不能夠進行同位素同時測量。這就使得AMS測量精度不夠高，一般在1％-3％左右。

AMS與MS的優缺點比較如下表所示：

AMS不能夠進行同位素同時測量的主要原因是：自從19世紀40年代加速器開始應用以來，一直是選擇一種核素的離子進行加速。加速器系統由離子注入器、加速器和高能離子分析器組成。注入器中有一個主要部件是注入磁鐵，是用來選定一個同位素注入到加速器進行加速。若實現兩個以上同位素的測量，必須交替改變注入器的質量參數進行交替注入、交替加速，從而實現交替測量。

AMS由于同位素的交替測量，導致兩個主要問題的出現，第一、測量精度不夠高，一般在1％-3％左右；第二、儀器系統復雜，與傳統MS相比，除了加速器外還多出了注入磁鐵和交替注入電源以及控制系統。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀，以提高質譜儀的測量精度并簡化結構。

本發明的技術方案如下：一種具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀，包括用于產生負離子的濺射負離子源，所述濺射負離子源與用于同時加速多個同位素負離子的加速管相連接，所述加速管的輸出端連接同位素質量分辨系統，所述同位素質量分辨系統連接電荷轉換分析及多接收測量系統，所述電荷轉換分析及多接收測量系統連接離子探測系統。

進一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀，其中，所述的同位素質量分辨系統包括相互連接的第一靜電分析器和磁分析器，所述的第一靜電分析器對多個同位素負離子進行能量分析，所述的磁分析器對多個同位素負離子進行分離。

進一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀，其中，所述的電荷轉換分析及多接收測量系統包括電子剝離器、速度選擇器、第二靜電分析器和穩定同位素接收器，所述的穩定同位素接收器測量穩定的同位素負離子，所述的電子剝離器將不穩定的同位素負離子轉換為正離子，并瓦解所有分子離子，所述的速度選擇器用于排除被瓦解的分子碎片和散射離子，所述的第二靜電分析器用于排除零電荷態的中性粒子。

更進一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質譜儀，其中，所述的穩定同位素接收器為法拉第杯。