一种便携式核材料甄别仪器制造技术

本发明专利技术涉及一种便携式核材料甄别仪器，包括激光器、光谱仪和光学组件；所述激光器发射的激光通过所述光学组件聚焦到被测物体上，所述被测物体表面材料气化、电离和激发，形成发光等离子体，该发光等离子体的退激光线经所述光学组件传输至光谱仪中以通过该原子光谱的波长确定被测物体的元素成分。本发明专利技术的有益效果如下：1、本发明专利技术通过激光聚焦到被测物体上，形成发光等离子体，光谱仪对该等离子体进行光谱分析来确定待测材料的元素成份，能够实现对核材料的快速分析。2、本发明专利技术的光学组件集成在手柄中，光谱仪设置在背包中，能够实现便携、可移动检测。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式核材料甄别仪器
本专利技术属于核安保领域，具体涉及一种便携式核材料甄别仪器。
技术介绍
随着恐怖暴力、群体事件的不断发生以及高技术爆炸装置的使用等因素，导致国际安全形势趋于严峻，面对这种情况，各国政府都加强了安全检查力度和检查范围，并不断采用新技术和新设备。针对发现或截获的核材料或取样样品的放射性、物理特性和同位素、元素成份等特征开展的分类、取证技术是核安保工作的重要工具。目前对现场截获或发现可疑材料的总体组成确定和分类主要依赖γ射线谱仪和中子探测器的非破坏性放射线分析手段，但是对于可疑物质元素成份的现场非破坏分析和快速识别，还没有成熟的解决方案。现有元素成份分析技术大多需要样品预处理，难以开展无损分析，无法在第一时间为核安保决策和取证提供可疑材料的元素成份信息，因此迫切需要发展新型核材料成份甄别技术，通过材料主要元素的识别快速确定截获材料的特性。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种便携式核材料激光甄别仪器，本技术方案能够实现了快速、现场对核材料的识别。本专利技术的技术方案如下：一种便携式核材料甄别仪器，包括激光器、光谱仪和光学组件；所述激光器发射的激光通过所述光学组件聚焦到被测物体上，所述被测物体表面材料气化、电离和激发，形成发光等离子体，该发光等离子体的退激光线经所述光学组件传输至光谱仪，通过该原子光谱的波长确定被测物体的元素成分。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述光学组件包括聚焦/收集透镜、双向色镜、耦合透镜和反射镜；所述激光依次穿过双向色镜和聚焦/收集透镜聚焦到被测物体上；所述退激光线穿过聚焦/收集透镜后经过双向色镜和耦合透镜，经过反射镜反射后被光纤传输给光谱仪。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述聚焦/收集透镜、双向色镜、发射镜和光纤集成设置在手柄上；所述光谱仪设置在背包中。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述激光器为脉冲宽度为纳秒量级的全固态激光器。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述光谱仪为波长覆盖200nm～700nm波段的多通道微型光谱仪。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述手柄的长度可变以调整作业人员与甄别对象之间的距离。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述聚焦/收集透镜为普通石英玻璃，其物理口径为25.4mm，焦距为75mm；所述光纤的收集角α为26°，双色透镜的物理口径为25.4mm，有效通光口径为16mm，焦距大于35mm。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，通过该原子光谱的波长确定被测物体的元素成分的步骤包括：根据所述原子光谱数据拟合连续光谱基线；扣除该连续光谱的本底；获取扣除本底后的连续光谱的谱线峰值；根据该谱线峰值判断是否存在目标元素。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，所述根据该谱线峰值判断是否存在目标元素的方法包括：根据所述谱线峰值检索目标元素的谱线库；如果该谱线峰值对应的谱线对应于目标元素特征谱线且无干扰谱线，则判定目标元素的存在；如果该谱线峰值对应的谱线对应于目标元素特征谱线但有干扰谱线，则在对应于目标元素特征谱线的数量超过设定值时判定目标元素的存在；如果该谱线峰值没有对应的目标元素特征谱线，则判定探测对象不存在目标元素。进一步地，上述的便携式核材料甄别仪器，判定目标元素存在时，根据不同的判断条件对判定结果做出不同标记。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术通过激光聚焦到被测物体上，形成发光等离子体，光谱仪对该等离子体进行光谱分析来确定待测材料的元素成份，能够实现对核材料的快速分析。2、本专利技术的光学组件集成在手柄中，光谱仪设置在背包中，能够实现便携、可移动检测。3、发射、收集光路中，采用双向色镜，大幅提升了收集效率，提高了甄别仪器的灵敏度。附图说明图1为本专利技术的便携式核材料甄别仪器的结构示意图。图2为通过该原子光谱的波长确定被测物体的元素成分的步骤的流程图。图3为利用本专利技术仪器测试时不同品位铀矿石的铀谱线强度。上述附图中，1、被测物体；2、手柄；3、背包；4、聚焦/收集透镜；5、双向色镜；6、激光器；7、反射镜；8、光纤；9、光谱仪；10、耦合透镜。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供了一种便携式核材料甄别仪器，包括激光器6、光谱仪9和光学组件；所述激光器6发射的激光通过所述光学组件聚焦到被测物体1上，所述被测物体1表面材料气化、电离和激发，形成发光等离子体，该发光等离子体的退激光线经所述光学组件传输至光谱仪9中以通过该原子光谱的波长确定被测物体1的元素成分。所述光学组件包括聚焦/收集透镜4、双向色镜5、耦合透镜10和反射镜7；由激光器6输出激光垂直穿过双向色镜5，通过聚焦/收集透镜4聚焦到被测物体1上；被测材料表面在高功率激光作用下气化、电离、激发，形成寿命很短、具有高瞬态温度的发光等离子体，等离子体退激过程中的光线穿过聚焦/收集透镜4后经过双向色镜5和耦合透镜10，再经过反射镜7反射，辐射的原子光谱通过光纤8传输给光谱仪9；光谱仪9进行光谱分析，通过原子谱线的波长确定待测材料的元素成份。以往的技术方案中，一般是采用在透镜中心部位设置孔洞以便激光穿过，收集光路的光线经过孔洞周围的透镜部分进行收集，因为孔洞的存在，收集光路中的光线有很大部分是被浪费而无法收集的，这对于微量元素的甄别十分不利。本专利技术的甄别仪器在发射、收集光路中，采用双向色镜，大幅提升了收集效率，提高了甄别仪器的灵敏度。聚焦/收集透镜4、双向色镜5、耦合透镜10、反射镜7和光纤8集成设置在手柄2上；所述光谱仪9设置在背包3中，与光谱仪9连接的小型化电脑则是可以通过固定支架固定在手柄2上；通过这样的方式能够实现便携、可移动检测。激光等离子体发光强度与激光器参数的选择密切相关。以Nd：YAG激光器为代表的固体激光器工作稳定、使用和维护成本低，可输出1064/532/355和266nm多波长的激光脉冲。拟采用无需冷却液、脉冲宽度为纳秒量级的全固态激光器作为等离子体的激励源。按照经典电磁场理论的激光强度与电场强度的换算关系，聚焦功率为1010W/cm2的激光脉冲即可将激发原子外层电子。如前文所述，当聚焦功率达到9.5GW/cm2时，单脉冲基频激光即可在含铀样品表明获得稳定的等离子闪光。因此，在激光器的选择上就没有必要选择需要增加成本和结构重量的倍频激光器。同时，由于较长波长激光对使用人员的安全性较高，更适合用户。为满足核安保现场作业需求，本实施例的激光器为锂电池供电模式，同提供时钟CLK和激光开关(Q-out)外触发及同步信号以便控制光谱仪等设备的延时。该激光器电源提供12V输出端为光谱仪等设备供电，整套系统可以10Hz频率至少连续工作30分钟。LIPS(激光诱导等离子体光谱)信号的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式核材料甄别仪器，其特征在于，包括激光器、光谱仪和光学组件；所述激光器发射的激光通过所述光学组件聚焦到被测物体上，所述被测物体表面材料气化、电离和激发，形成发光等离子体，该发光等离子体的退激光线经所述光学组件传输至光谱仪，通过该原子光谱的波长确定被测物体的元素成分。/n

【技术特征摘要】
1.一种便携式核材料甄别仪器，其特征在于，包括激光器、光谱仪和光学组件；所述激光器发射的激光通过所述光学组件聚焦到被测物体上，所述被测物体表面材料气化、电离和激发，形成发光等离子体，该发光等离子体的退激光线经所述光学组件传输至光谱仪，通过该原子光谱的波长确定被测物体的元素成分。


2.如权利要求1所述的便携式核材料甄别仪器，其特征在于，所述光学组件包括聚焦/收集透镜、双向色镜、耦合透镜和反射镜；所述激光依次穿过双向色镜和聚焦/收集透镜聚焦到被测物体上；所述退激光线穿过聚焦/收集透镜后经过双向色镜和耦合透镜，经过反射镜反射后被光纤传输给光谱仪。


3.如权利要求2所述的便携式核材料甄别仪器，其特征在于，所述聚焦/收集透镜、双向色镜、耦合透镜、反射镜和光纤集成设置在手柄上；所述光谱仪设置在背包中。


4.如权利要求1所述的便携式核材料甄别仪器，其特征在于，所述激光器为脉冲宽度为纳秒量级的全固态激光器。


5.如权利要求1所述的便携式核材料甄别仪器，其特征在于，所述光谱仪为波长覆盖200nm～700nm波段的多通道微型光谱仪。


6.如权利要求2所述的便携式核材料甄别仪器，其特征在于，所述手柄的长度可变以调整作业人员与甄别对象之间的距离。


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【专利技术属性】
技术研发人员：高智星，胡凤明，班晓娜，李静，王钊，张绍哲，
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