加速器质谱装置及加速器质谱测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种加速器质谱装置，包括用于产生负离子的离子源，离子源产生的负离子通过注入系统进入串列加速器，串列加速器连接至分析系统并且分析系统连接至探测器；其中，串列加速器包括第一加速管、气体剥离器和第二加速管，第一加速管、气体剥离器和第二加速管依次连接；注入系统包括第一静电分析器和注入磁铁；分析系统包括分析磁铁和第二静电分析器。本发明专利技术还提供了一种基于该加速器质谱装置的测量方法。本发明专利技术通过对加速器质谱装置进行优化设计以简化其结构并提高装置的质量分辨和传输效率，从而实现痕量或超痕量多核素的高效、高灵敏测量。

Accelerator mass spectrometer and its measurement method

The invention provides an accelerator mass spectrometer device, which includes an ion source for generating negative ions. The negative ions generated by the ion source enter the tandem accelerator through the injection system, the tandem accelerator is connected to the analysis system and the analysis system is connected to the detector; wherein, the tandem accelerator includes a first accelerating tube, a gas stripper and a second accelerating tube, a first accelerating tube and a gas stripper The injection system includes a first electrostatic analyzer and an injection magnet, and the analysis system includes an analysis magnet and a second electrostatic analyzer. The invention also provides a measurement method based on the accelerator mass spectrometer device. By optimizing the design of the accelerator mass spectrometer device, the structure of the device is simplified and the mass resolution and transmission efficiency of the device are improved, so as to realize the efficient and highly sensitive measurement of trace or ultra trace multi nuclides.

【技术实现步骤摘要】
加速器质谱装置及加速器质谱测量方法
本专利技术属于加速器质谱
，具体涉及加速器质谱装置及加速器质谱测量方法。
技术介绍
加速器质谱(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，主要用于放射性核素的原子测量，具有测量灵敏度高、样品用量少(mg/μg级)、测量时间短等优点，尤其适合痕量和超痕量长寿命放射性核素的测量。加速器质谱已广泛应用于考古学、地质科学、核物理与天体物理、环境科学、生物医学等领域。加速器质谱是利用离子化技术将样品电离成负离子，经过电、磁作用初步选择后将负离子加速到一定能量，然后利用剥离技术将负离子转化为正离子，同时将分子离子瓦解，再经过高能分析技术排除各种干扰本底，最后用核探测器对离子进行测定。其中，采用溅射负离子源，具有排除同量异位素本底的能力；同时采用串列加速器，能够获得较高的能量，也有利于排除本底干扰。因此，AMS克服了传统质谱存在的分子本底和同量异位素本底干扰的限制，具有极高的测量灵敏度，测量的丰度灵敏度可达到10-15。加速器质谱技术的发展趋势存在如下几方面：(1)从装置来看，AMS装置趋于小型化，以实现高效、高灵敏测量；如从初期的端电压大于6MV的大型串列AMS系统，发展到端电压为0.5MV的紧凑型AMS装置、端电压为0.2MV的微型串级式14C测量装置等；(2)从测量核素种类来看，可测量核素种类多样化，如从起初的轻核素14C、26Al、36Cl等到重核素如129I、236U、239Pu、237Np等的测量，进一步提高了应用范围。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是通过对加速器质谱装置进行优化设计以简化其结构并提高装置的质量分辨和传输效率，从而实现测量多核素尤其是痕量或超痕量重核素的高效、高灵敏测量。为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本专利技术的实施例提供了一种加速器质谱装置，以及采用该加速器质谱装置进行的测量方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种加速器质谱装置，包括：用于产生负离子的离子源，所述离子源产生的负离子通过注入系统进入串列加速器，所述串列加速器连接至分析系统并且所述分析系统连接至探测器；其中，所述串列加速器包括第一加速管、气体剥离器和第二加速管，所述第一加速管、气体剥离器和第二加速管依次连接，第一加速管和第二加速管置于大气环境条件；其中，所述注入系统包括第一静电分析器和注入磁铁，所述第一静电分析器对离子源产生的负离子进行能量分析并将经过能量选择的负离子送入注入磁铁，所述注入磁铁对负离子进行分离并将分离后的负离子送入第一加速管；所述第一加速管将分离后的负离子加速后送入所述气体剥离器，所述气体剥离器将负离子转化为正离子；所述第二加速管将所述正离子加速后送入所述分析系统；所述分析系统包括分析磁铁和第二静电分析器，所述分析磁铁对经过所述第二加速管加速的正离子进行分离并将分离后的正离子送入第二静电分析器，所述第二静电分析器对分离后的正离子进行能量分析并将经过能量选择的正离子送入探测器；所述探测器对上述正离子进行测量。优选地，所述串列加速器的端电压为0.3MV。优选地，所述注入磁铁与第一加速管之间以及第二加速管与分析磁铁之间设有三单元四级透镜。优选地，所述注入磁铁和所述分析磁铁的输出端均设有偏置法拉第杯，用于对稳定同位素进行测量。优选地，所述第一静电分析器和注入磁铁的偏转半径均设为750mm，偏转角度为90度；所述分析磁铁和第二静电分析器的偏转半径均设为1000mm，偏转角度为90度。根据本专利技术的另一个方面，提供一种加速器质谱测量方法，包括：待测样品经离子源电离产生负离子；所述负离子通过注入系统进入第一加速管进行加速；经所述第一加速管加速的负离子进入气体剥离器，所述负离子经所述气体剥离器转化为正离子；所述正离子进入第二加速管进行加速；经所述第二加速管加速的正离子进入分析系统进行分析；由探测器对所述分析后的正离子进行测量。优选地，加速器质谱测量方法还包括：通过第一静电分析器对离子源产生的负离子进行能量分析并将经过能量选择的负离子送入注入磁铁，所述注入磁铁对负离子进行分离并将分离后的负离子送入第一加速管。优选地，加速器质谱测量方法还包括：通过分析磁铁对经过所述第二加速管加速的正离子进行分离并将分离后的正离子送入第二静电分析器，所述第二静电分析器对分离后的正离子进行能量分析并将经过能量选择的正离子送入探测器。优选地，加速器质谱测量方法还包括：在所述注入磁铁的输出端采用偏置法拉第杯对稳定同位素进行测量。优选地，加速器质谱测量方法还包括：在所述分析磁铁的输出端采用偏置法拉第杯对稳定同位素进行测量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果中的至少一个：(1)本专利技术实施例的加速器质谱装置采用串列加速器的端电压为0.3MV，有利于整个测量系统的小型化，且能够降低设备成本和高压绝缘要求；(2)通过对加速管采用大气绝缘，节省了绝缘气体的成本以及加速器钢筒的材料、设备成本，简化了设备结构；(3)本专利技术实施例的加速器质谱装置通过束流光学的优化设计能够实现多核素的高灵敏测量，提高了仪器的利用效率；(4)在不降低分析磁铁的质量分辨的同时，将分析磁铁的物点设定在剥离器中部，极大节约了装置空间，使得结构紧凑；(5)利用电池对高压头部的真空泵等电器元件供电，省去了隔离变压器，不仅节约了成本同时也省去了隔离变压器的使用空间，使得系统更加紧凑。附图说明通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。图1为根据本专利技术实施例的加速器质谱装置的结构示意图。附图标记：10-离子源，11-注入系统，12-串列加速器，13-分析系统，14-探测器；A01-第一加速管，A02-气体剥离器，A03-第二加速管，A04-第一静电分析器，A05-注入磁铁，A06-分析磁铁，A07-第二静电分析器，A08-三单元四级透镜。需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。参照图1，根据本专利技术实施例的一种加速器质谱装置，包括用于产生负离子的离子源10，离子源10产生的负离子通过注入系统11进入串列加速器12，串列加速器12连接至分析系统13并且分析系统13连接至探测器14；其中，串列加速器12包括第一加速管A01、气体剥离器A02和第二加速管A03，第一加速管A01、气体剥离器A02和第二加速管A03依次连接，第一加速管A01和第二加速管A03置于大气环境条件；其中，注入系统11包括第一静电分析器A04和注入磁铁A05，第一静电分析器A04对离子源10产生的负离子进行能量分析并将经过能量选择的负离子送入注入磁铁A05，注入磁铁A05对负离子进行分离并将分离后的负离子送入第一加速管A01；第一加速管A01将分离后的负离子加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速器质谱装置，其包括用于产生负离子的离子源，所述离子源产生的负离子通过注入系统进入串列加速器，所述串列加速器连接至分析系统并且所述分析系统连接至探测器；其中，所述串列加速器包括第一加速管、气体剥离器和第二加速管，所述第一加速管、气体剥离器和第二加速管依次连接，第一加速管和第二加速管置于大气环境条件；其中，所述注入系统包括第一静电分析器和注入磁铁，所述第一静电分析器对离子源产生的负离子进行能量分析并将经过能量选择的负离子送入注入磁铁，所述注入磁铁对负离子进行分离并将分离后的负离子送入第一加速管；所述第一加速管将分离后的负离子加速后送入所述气体剥离器，所述气体剥离器将负离子转化为正离子；所述第二加速管将所述正离子加速后送入所述分析系统；所述分析系统包括分析磁铁和第二静电分析器，所述分析磁铁对经过所述第二加速管加速的正离子进行分离并将分离后的正离子送入第二静电分析器，所述第二静电分析器对分离后的正离子进行能量分析并将经过能量选择的正离子送入探测器；所述探测器对上述正离子进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种加速器质谱装置，其包括用于产生负离子的离子源，所述离子源产生的负离子通过注入系统进入串列加速器，所述串列加速器连接至分析系统并且所述分析系统连接至探测器；其中，所述串列加速器包括第一加速管、气体剥离器和第二加速管，所述第一加速管、气体剥离器和第二加速管依次连接，第一加速管和第二加速管置于大气环境条件；其中，所述注入系统包括第一静电分析器和注入磁铁，所述第一静电分析器对离子源产生的负离子进行能量分析并将经过能量选择的负离子送入注入磁铁，所述注入磁铁对负离子进行分离并将分离后的负离子送入第一加速管；所述第一加速管将分离后的负离子加速后送入所述气体剥离器，所述气体剥离器将负离子转化为正离子；所述第二加速管将所述正离子加速后送入所述分析系统；所述分析系统包括分析磁铁和第二静电分析器，所述分析磁铁对经过所述第二加速管加速的正离子进行分离并将分离后的正离子送入第二静电分析器，所述第二静电分析器对分离后的正离子进行能量分析并将经过能量选择的正离子送入探测器；所述探测器对上述正离子进行测量。2.根据权利要求1所述的加速器质谱装置，其中，所述串列加速器的端电压为0.3MV。3.根据权利要求1所述的加速器质谱装置，其中，所述注入磁铁与第一加速管之间以及第二加速管与分析磁铁之间设有三单元四级透镜。4.根据权利要求1所述的加速器质谱装置，其中，所述注入磁铁和所述分析磁铁的输出端均设有偏置法拉第杯，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明，包轶文，游曲波，苏胜勇，姜山，李康宁，赵庆章，胡跃明，
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