一种具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪制造技术

技术编号:12830418 阅读:76 留言:0更新日期:2016-02-07 17:25
本发明专利技术涉及同位素测量技术,具体涉及一种具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪。其结构包括用于产生负离子的溅射负离子源,所述溅射负离子源与用于同时加速多个同位素离子的加速管相连接,所述加速管的输出端连接同位素质量分辨系统,所述同位素质量分辨系统连接电荷转换分析及多接收测量系统,所述电荷转换分析及多接收测量系统连接离子探测系统。本发明专利技术能够对多个同位素负离子同时进行加速,加速后的多个同位素负离子中稳定的同位素负离子被稳定同位素接收器进行测量,不稳定的同位素负离子转换为正离子后被探测器测量,测量信号经时间匹配后同时传送至核电子学和数据获取单元进行数据运算。本发明专利技术结构简单、操作维护方便,测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同位素测量技术,具体涉及一种具有同位素同时测量功能的加速器质 谱仪。
技术介绍
加速器质谱仪(Accelerator Mass Spectrometry,以下简称AMS)是一种基于 加速器技术和离子探测器技术的高能量同位素质谱仪,主要用于同位素丰度比值的测量。 目前的AMS因加速器的存在,都是采用同位素先后交替加速、交替测量的分析方法。由 于加速器和探测器的运用,AMS具有排除分子离子本底和同量异位素离子本底的能力,从 而极大地提高了分析灵敏度,其同位素丰度灵敏度能够达到1x10 15。传统质谱仪(Mass Spectrometry,以下简称MS)由于存在分子离子本底和同量异位素离子本底的干扰,其同 位素丰度灵敏度仅为1x10 8。 AMS虽然具有灵敏度高、样品用量少等优点,但是与普通MS相比一方面仪器结构 复杂,另一方面采用同位素交替注入、交替测量,不能够进行同位素同时测量。这就使得AMS 测量精度不够高,一般在1% -3 %左右。 AMS与MS的优缺点比较如下表所示: AMS不能够进行同位素同时测量的主要原因是:自从19世纪40年代加速器开始 应用以来,一直是选择一种核素的离子进行加速。加速器系统由离子注入器、加速器和高能 离子分析器组成。注入器中有一个主要部件是注入磁铁,是用来选定一个同位素注入到加 速器进行加速。若实现两个以上同位素的测量,必须交替改变注入器的质量参数进行交替 注入、交替加速,从而实现交替测量。 AMS由于同位素的交替测量,导致两个主要问题的出现,第一、测量精度不够高,一 般在1% -3%左右;第二、仪器系统复杂,与传统MS相比,除了加速器外还多出了注入磁铁 和交替注入电源以及控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷,提供一种具有同位素同时测量功能的加 速器质谱仪,以提高质谱仪的测量精度并简化结构。 本专利技术的技术方案如下:一种具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,包括用 于产生负离子的溅射负离子源,所述溅射负离子源与用于同时加速多个同位素负离子的加 速管相连接,所述加速管的输出端连接同位素质量分辨系统,所述同位素质量分辨系统连 接电荷转换分析及多接收测量系统,所述电荷转换分析及多接收测量系统连接离子探测系 统。 进一步,如上所述的具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,其中,所述的同位 素质量分辨系统包括相互连接的第一静电分析器和磁分析器,所述的第一静电分析器对多 个同位素负离子进行能量分析,所述的磁分析器对多个同位素负离子进行分离。 进一步,如上所述的具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,其中,所述的电荷 转换分析及多接收测量系统包括电子剥离器、速度选择器、第二静电分析器和稳定同位素 接收器,所述的稳定同位素接收器测量稳定的同位素负离子,所述的电子剥离器将不稳定 的同位素负离子转换为正离子,并瓦解所有分子离子,所述的速度选择器用于排除被瓦解 的分子碎片和散射离子,所述的第二静电分析器用于排除零电荷态的中性粒子。 更进一步,如上所述的具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,其中,所述的稳 定同位素接收器为法拉第杯。 进一步,如上所述的具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,其中,所述的离子 探测系统包括探测器、核电子学和数据获取单元,所述的探测器测量经所述电子剥离器转 换后的同位素正离子,所述的核电子学和数据获取单元分别获取所述稳定同位素接收器和 所述探测器测量的数据,经过时间匹配后,得到同时测量的多个同位素的含量及其丰度比。 更进一步,如上所述的具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,其中,所述的稳 定同位素接收器的测量信号经延迟线延迟后传送至核电子学和数据获取单元,使之与所述 探测器的测量信号同时到达。 进一步,如上所述的具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,其中,还包括用于 对各系统的操作、同位素测量、数据获取与运算、样品更换、真空环境进行控制的自动控制 系统。 本专利技术的有益效果如下:本专利技术所提供的具有同位素同时测量功能的加速器质谱 仪,对于从离子源引出的多个同位素负离子,不经过传统的电、磁分析器,直接进入加速管 进行静电加速,使得多个同位素负离子同时进行了加速。加速后的多个同位素负离子经同 位素质量分辨系统进行分离,稳定的同位素负离子被稳定同位素接收器进行测量,不稳定 的同位素负离子转换为正离子后被探测器测量,分开测量的同位素信号经时间匹配后同时 传送至核电子学和数据获取单元进行数据运算。本专利技术结构简单、操作维护方便,有利于市 场普及和推广应用,与传统的AMS相比提高了测量精度,测量结果更加准确。【附图说明】 图1为传统AMS的原理示意图; 图2为本专利技术ST-AMS的原理示意图; 图3为本专利技术【具体实施方式】中碳同位素同时测量的ST-AMS结构示意图。【具体实施方式】 下面结合说明书附图与【具体实施方式】对本专利技术做进一步的详细说明。 图1为传统AMS的原理示意图,从溅射负离子源1分离出的两个同位素的质量数 分别为M和M-1,AMS不能够在高能磁分析器或静电分析器的后端进行两个同位素的同时测 量,电、磁分析器2只能选择某一个质量的同位素通过串列加速器3进行加速,加速后的同 位素经过高能磁分析器4和高能静电分析器5到达探测器6。通过交替改变注入器的质量 参数进行交替注入、交替加速,从而实现交替测量。 本专利技术的具有同位素同时(at the Same Time)测量功能的加速器质谱仪,简称 ST-AMS。ST-AMS主要解决的两个技术问题是,一、同时加速的实现,二、同时测量的实现。 图2为本专利技术ST-AMS的原理示意图,从溅射负离子源1引出的负离子直接进入到 加速管7 (包括预加速管和主加速管),因此负离子中包含的各一个同位素负离子,如分析 碳同位素是12C、13C和 14C负离子,都一同进入到加速管中进行了加速。经过加速器后,直接 采用电、磁分析器8进行同位素质量的分辨。例如经过此分析器分析碳同位素,碳同位素中 的 12C、13C和14C负离子被分开。12C和13C是稳定的同位素,能够形成直接测量的负离子束 流,采用稳定同位素接收器9 (如法拉第杯)就能够同时测量到12C和13C负离子。而对于不 稳定的同位素,例如 14C负离子由于丰度极其低(14C/12C在10 12 -10 16范围)不能够形成 可测量束流,最高每秒钟有300个计数。这样一方面采用重粒子探测器记录14C离子的原子 数目,而不能够采用稳定同位素接收器9。另一方面,在 14C负离子中存在其他同位素的分 子离子,例如13CH、12CHjP 7Li2负离子,因此,采用AMS分析方法中的剥离器技术,通过电子 剥离器10瓦解所有分子离子,再经过速度选择器11、静电分析器12等排出分子碎片等离 子,只选用 14C+离子进入重离子探测器13并记录,其当前第1页1 2 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种具有同位素同时测量功能的加速器质谱仪,包括用于产生负离子的溅射负离子源(1),其特征在于:所述溅射负离子源(1)与用于同时加速多个同位素离子的加速管(7)相连接,所述加速管(7)的输出端连接同位素质量分辨系统,所述同位素质量分辨系统连接电荷转换分析及多接收测量系统,所述电荷转换分析及多接收测量系统连接离子探测系统。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:姜山包轶文何明苏胜勇游曲波胡跃明崔大庆
申请(专利权)人:中国原子能科学研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

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