用于同位素测量的加速器质谱装置转让专利
申请号 : CN202010002369.1
文献号 : CN111157605B
文献日 : 2021-07-20
发明人 : 何明 , 包轶文 , 姜山 , 游曲波 , 苏胜勇 , 李康宁 , 赵庆章 , 庞仪俊
申请人 : 中国原子能科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于同位素测量的加速器质谱装置(100),包括:离子源(10)、注入系统(20)、加速管(30)、气体剥离系统(40)、分析系统(50)以及探测系统(60),其中,
所述离子源(10)与所述注入系统(20)连接,所述注入系统(20)的输出端与所述加速管(30)连接,所述加速管(30)的输出端与所述气体剥离系统(40)连接,所述气体剥离系统(40)的输出端与所述分析系统(50)连接,所述分析系统(50)连接至所述探测系统(60);
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其中,所述离子源(10)用于产生同位素负离子,所述同位素负离子包括 C负离子和 C负离子;
所述注入系统(20)对所述同位素负离子进行分离,并且使所述同位素负离子交替注入所述加速管(30);
所述加速管(30)对经所述注入系统(20)分离后的负离子进行加速;
所述气体剥离系统(40)将所述加速后的负离子转化为正离子,同时将分子离子瓦解;
所述分析系统(50)对所述正离子进行分析后将所述正离子送入所述探测系统(60),所
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述分析系统(50)还用于测量 C正离子和 C正离子,所述探测系统(60)用于测量 C正离子
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、C/ C的比值或 C/ C的比值中的至少一者;
所述气体剥离系统(40)包括剥离管(41),所述剥离管(41)的两侧设置分子泵(42),并且所述气体剥离系统(40)与所述分析系统(50)之间设置分子泵(42)。
2.根据权利要求1所述的加速器质谱装置(100),其中,所述注入系统(20)包括注入磁铁(21)、交替注入单元和测量单元(22),所述测量单元(22)设置在所述注入磁铁(21)的输出端;
所述注入磁铁(21)用于将所述离子源(10)产生的负离子偏转至预设轨道;
所述交替注入单元用于将所述负离子交替注入至所述加速管(30);
所述测量单元(22)用于对部分所述负离子测量。
3.根据权利要求2所述的加速器质谱装置(100),其中,所述测量单元(22)为偏置法拉第杯。
4.根据权利要求3所述的加速器质谱装置(100),其中,所述分析系统(50)包括分析磁铁(51)和静电分析器(52);
所述分析磁铁(51)的输出端设置偏置法拉第杯(53),用于测量经所述气体剥离系统(40)产生的同位素正离子。
5.根据权利要求1所述的加速器质谱装置(100),其中,所述离子源(10)及所述注入系统(20)设置在具有预设电压的台架上,所述气体剥离系统(40)、所述分析系统(50)及所述探测系统(60)均处于地电位。
6.根据权利要求1所述的加速器质谱装置(100),其中,还包括:束流传输系统(70),所述束流传输系统(70)设置在所述离子源(10)与所述加速管(30)之间;
所述束流传输系统(70)包括导向器(71)和静电四级透镜(72),所述导向器(71)设置在所述离子源(10)与所述注入系统(20)之间,用于调节束流位置;
所述静电四级透镜(72)设置在所述注入系统(20)与所述加速管(30)之间,用于对离子束流聚焦。
7.根据权利要求4所述的加速器质谱装置(100),其中,所述注入磁铁(21)及所述分析磁铁(51)均采用偏转半径为35cm、偏转角度为90度的双聚焦二极磁铁。
8.根据权利要求7所述的加速器质谱装置(100),其中,所述静电分析器(52)采用偏转半径为35cm、偏转角度为90度的双聚焦球面型静电分析器。
9.根据权利要求8所述的加速器质谱装置(100),其中,还包括:设置在所述注入磁铁(21)输出端的狭缝(81)、设置在所述分析磁铁(51)输出端的狭缝(82)以及设置在所述静电分析器(52)输出端的狭缝(83)。
10.根据权利要求9所述的加速器质谱装置(100),其中,所述探测系统(60)包括探测器及数据分析测量单元,所述探测器测量经所述静电分析器分析后的正离子,所述数据分析测量单元测量同位素的含量及丰度比。
说明书 :
用于同位素测量的加速器质谱装置
技术领域
背景技术
装置,可用于核素测量以及同位素丰度比值测量。对于核素测量,例如测量 C,可有效排除
各种本底干扰,提高测量灵敏度;对于同位素丰度比值测量,目前,采用将同位素先后交替
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加速、交替测量的分析方法,例如测量碳同位素,通常需要将 C、C和 C进行交替注入,以
获得各同位素之间的丰度比,然而,这种同位素测量方法,对注入磁铁的能量、交替频率等
具有一定要求,使测量变得复杂。
发明内容
入系统连接,所述注入系统的输出端与所述加速管连接,所述加速管的输出端与所述气体
剥离系统连接,所述气体剥离系统的输出端与所述分析系统连接,所述分析系统连接至所
述探测系统;其中,所述离子源用于产生同位素负离子;所述注入系统对所述同位素负离子
进行分离,并且使所述同位素负离子交替注入所述加速管;所述加速管对经所述注入系统
分离后的负离子进行加速;所述气体剥离系统将所述加速后的负离子转化为正离子,同时
将分子离子瓦解;所述分析系统对所述正离子进行分析后将所述正离子送入所述探测系
统,所述探测系统对上述正离子进行测量。
轨道;所述交替注入单元用于将所述负离子交替注入至所述加速管;所述测量单元用于对
部分所述负离子测量。
器设置在所述离子源与所述注入系统之间,用于调节束流位置;所述静电四级透镜设置在
所述注入系统与所述加速管之间,用于对离子束流聚焦。
附图说明
具体实施方式
例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造
性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
统60,其中,离子源10与注入系统20连接,注入系统20的输出端与加速管30连接,加速管30
的输出端与气体剥离系统40连接,气体剥离系统40的输出端与分析系统50连接,分析系统
50连接至探测系统60;其中,离子源10用于产生同位素负离子;注入系统20对同位素负离子
进行分离,并且使同位素负离子交替注入加速管30;加速管30对经注入系统20分离后的负
离子进行加速;气体剥离系统40将加速后的负离子转化为正离子,同时将分子离子瓦解;分
析系统50对正离子进行分析后将正离子送入探测系统60,探测系统60对上述正离子进行测
量。
过在注入系统对同位素离子进行选择并交替注入,以测量所需的同位素丰度比值。该装置
整体要求测量的能量低,便于操作,其各部分结构之间设置紧凑,可实现装置整体的小型
化。
负离子偏转至预设轨道;交替注入单元用于将负离子交替注入至加速管30;测量单元22用
于对部分负离子测量。
入磁铁的磁场强度将不同质量的离子分离开,从而偏转到不同的位置,并将所需测定的核
素送入加速管中。进一步的,交替注入单元是将注入磁铁21的真空盒绝缘隔离,加入脉冲电
压,通过加不同的电压使不同离子交替注入到加速器中,由此,对于各同位素离子,设定不
同的交替电压,可实现其分别注入。进一步的,在注入磁铁21的输出端设置测量单元22,该
测量单元22可将离子源引出的离子中的一部分首先测量,由此,使进入加速管的离子减少,
并对最终期望获得的离子进行加速以及后续测量。
稳定同位素在经过注入磁铁21后偏置到测量单元22进行测量。
子。
进行能量选择后将待测核素送入探测系统。
速管30对进入的束流进行加速,以提高粒子能量。本实施例中,加速管30采用大气绝缘,承
受200kV的电压。
实现分子离子本底干扰的排除。
41中;在剥离管41的两端设置分子泵42,以排除剥离管两端的气体,保持剥离管外部的真空
度;同时在气体剥离系统40与分析磁铁51之间加设分子泵,进一步减少弥散到分析磁铁51
的气体,排除散射本底。剥离气体例如可以是氦气。
和静电四级透镜72,导向器71设置在离子源10与注入系统20之间,用于调节束流位置;静电
四级透镜72设置在注入系统20与加速管30之间,用于对离子束流聚焦。
束流进行聚焦,便于束流聚焦到气体剥离系统处。为消除像散,可采用二单元或三单元组合
的四级透镜。
转半径和偏转角度等根据测量需求设置。
出端的狭缝83。
过,而对干扰粒子进行阻挡。
比。
测量单元可实现多种同位素的含量及丰度比值测量,有利于提高测量时效。
生负离子束流,其中,含有 C的物质例如为石墨,离子源例如采用铯溅射负离子源,利用铯
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离子束溅射靶从而产生含有 C的负离子束流,该铯溅射负离子源例如可具有多个靶位,以
提高电离效率、获得高的束流强度。本实施例的离子源可实现靶位的精确控制,控制精度可
到0.1mm,有助于提高离子源引出的束流强度和提高测量稳定性。
铁21后,C、C及 C负离子被分离开,根据预先设定的注入磁铁21的磁场,将 C负离子(包
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括 CH、CH2负离子)偏转到加速管30中,将 C、C负离子偏转到测量单元22中进行测量;本
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实施例中,测量单元22为两个可移动的偏置法拉第杯,用于测量稳定的 C、C负离子。
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的 C或 C负离子进行加速,提高其能量。
中,将 C负离子转化为 C正离子,以及将分子离子( CH负离子)瓦解成单原子离子,即 CH
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负离子被瓦解成 C正离子。
C正离子,同时,CH负离子被瓦解成 C正离子。
分杂质本底干扰。
量 CH负离子瓦解所得的 C正离子(注入源为 C束流)以及 C正离子和 CH负离子瓦解所
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得的 C正离子(注入源为 C束流),由此本申请的装置在实现测量 C的同时还测量 C和 C
同位素。
器52通过调节电场将干扰粒子排除,同时将 C正离子送入探测系统60中。
探测器测量 C;还包括用于 C和 C测量的束流监测与积分系统。
束流位置,使束流沿管道中心传输;以及在注入系统20与加速管30之间设置静电四级透镜
72,对束流聚焦。
缘系统,有利于降低成本;在分析磁铁51的输出端设置三个偏置法拉第杯53,仅需交替注
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入 C和 C,即可实现对 C、C及 C三种离子的测量,以及进行 C/ C、C/ C比值的测定,
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相比需要注入 C、C及 C才能实现上述测量,本发明的加速器质谱装置所需的能量低,且
操作简单,有利于简化测量流程。