[發明專利]同位素測量裝置

在審

• 申請號: 201810891036.1
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109387482A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: J-B·西爾旺
• 申請（專利權）人: 原子能和能源替代品委員會
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/73
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明涉及一種同位素測量裝置和測量方法，其測量包括多種元素的材料中存在的元素的同位素比率，所述方法包括以下步驟：?施加步驟，其向材料施加至少一個激光光束從而產生等離子體，所述等離子體能夠發出光譜，所述光譜包括由材料的元素發出的多個譜線；?測量步驟，其能夠測量由所關注的元素發射的至少一個所關注的譜線的輪廓，所述測量步驟包括通過光譜儀對由等離子體發射的光譜實施至少一次分析；?處理步驟，其能夠在所關注的譜線的輪廓中標記出對應于平衡點的最佳波長；以及?確定步驟，其根據所標記出的最佳波長而確定同位素比率。

技術領域

本發明涉及同位素測量的領域。

特別地，在核領域、環境領域以及地球科學和生命科學的領域進行同位素測量。

特別地，本發明涉及對于給定化學元素(下文中也將稱為“元素”)的兩個同位素之間的濃度比率的測量。

背景技術

同位素測量涉及確定材料的試樣中化學元素的一個或更多個同位素的存在和/或濃度。

周期表的每個元素具有一個或更多個同位素，即給定元素的不同原子。給定元素的兩個同位素具有相同數量的質子和電子，但具有不同數量的中子。

對于固體，最常見的同位素分析技術基于質譜分析，其能夠向對應于給定元素的同位素的一個或更多個給定原子質量給出選擇性的響應，所述響應的強度應當與同位素的豐度(濃度)成比例。

由此，對于固體而言最常見的技術為：質譜分析，其中試樣被溶解(ICP-MS、TIMS)，被激光燒蝕(LA-ICP-MS)或者與輝光放電相關聯(GD-MS)。還可以提及SIMS技術和RIMS技術，所述SIMS技術基于離子束對試樣的轟擊，所述RIMS技術涉及在爐中利用激光使試樣蒸發并隨后使產生的蒸氣離子化。

在以上頭兩種技術所需的試樣制備(其可能非常耗時)之外，所有這些技術的共同點在于，其均為實驗室技術，需要難以小型化的龐大設備，并且難以在實驗室之外實施，例如在工業規模上實施。不過這些技術能夠給出非常精確的結果。

存在光學技術，但是其僅應用于氣體，并且主要用于測量由輕元素組成的分子(H₂O、CO₂、和CH₄等)。其主要基于可調諧半導體激光吸收光譜(tunable diode laserabsorption spectroscopy，TDLAS)，或者可能基于共振腔環路衰減光譜(cavity ring-down spectroscopy，CRDS)。

同樣已知電感耦合等離子體發射光譜(inductively coupled plasma opticalemission spectrometry，ICP-OES)技術。高分辨率ICP-OES基本上不用于同位素分析，這是因為其比ICP-MS效率更低。

激光誘導擊穿光譜(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)也可以用于同位素分析，特別是對于固體。

特別地，在Daniel L'HERMITE和Jean-Baptiste SIRVEN的公開于2015年6月10日的名為《Techniques de l’Ingénieur》的法國公開物第2870頁的“LIBS:spectrométrie d'émission optique de plasma induit par laser”中描述了LIBS。

其原理為向材料的試樣(或材料)的表面上聚焦激光脈沖，從而產生非穩態等離子體，通過光譜儀分析所述非穩態等離子體的發射光。通過收集等離子體的發射光并通過光譜儀分析光譜，能夠基于發射譜線的數據庫而識別等離子體中存在的元素，從而確定材料的組成。