本申请公开了一种惰性气体亚稳态原子束流制备装置及方法，属于惰性气体亚稳态原子束流制备技术领域，该制备装置包括束源腔，束源腔上设置有法兰模块，法兰模块上连接有放电管快速替换模块和射频气体放电模块，射频气体放电模块与射频系统连接用以在束源腔内实现射频等离子体放电；放电管快速替换模块与惰性气体源连接用以替换放电管并与射频气体放电模块适配。本发明专利技术提供的制备装置和方法，可利用放电管快速替换模块装设多个放电管，可以在束源腔内不破坏真空的环境下便捷实现放电管的更换，避免了测量样品的交叉污染，大大缩短了惰性气体亚稳态束流的制备时间，对于大批量样品测量和待测样品浓度波动较大的多个样品的快速测量优势明显。快速测量优势明显。快速测量优势明显。
【技术实现步骤摘要】
一种惰性气体亚稳态原子束流制备装置及方法
[0001]本申请涉及一种惰性气体亚稳态原子束流制备装置及方法，属于惰性气体亚稳态原子束流制备
技术介绍
[0002]原子阱痕量检测技术的核心是将原子囚禁在磁光阱中，再对被囚禁原子进行计数实现定量测量。惰性气体原子的第一激发态的能量较高，现有的激光器尚无法直接将基态的惰性气体原子进行激光冷却和囚禁。解决的途径是采用电子碰撞的方法将惰性气体原子从基态激发到亚稳态，然后利用红外波段的激光器与亚稳态到激发态的二能级系统共振，实现对惰性气体原子的冷却与囚禁。因此，惰性气体亚稳态原子束流制备技术是原子阱痕量检测技术的关键技术之一。
[0003]亚稳态原子的激发通常采用射频等离子体放电或微波放电等方法，当射频放电开启后，一部分惰性气体原子被电离，并经射频场加速，高速的离子与真空管壁碰撞，嵌入放电管内壁，无法通过真空泵组的抽气脱附出来，此过程称为记忆效应。但是在后续其他浓度的样品进入放电管后，先前嵌入管壁中的部分惰性气体原子又会被重新释放出来，造成被测样品间的交叉污染，影响样品的测量。当被测样品与之前样品中待测原子浓度与十分接近时，交叉污染对结果的影响很小，反之，交叉污染对测量结果的影响显著。
[0004]为了避免记忆效应的影响，国内外研究者使用氮气、氩气、氙气等不同气体对放电管内壁进行射频放电流气清洗，利用清洗原子将嵌在内壁的被测原子置换出来。
[0005]杨国民发现10μL的样品测量4个小时后使用氙气常温下连续放电清洗36小时，再用氙气闭循环放电后交叉污染体积分数相当有0.5％的水平。出自【杨国民.原子阱痕量分析方法测量环境样品中的85Kr和81Kr[D].合肥,中国科学技术大学,2015】。
[0006]Zappala提出采用1小时样品测量，2.25小时氩气清洗，再1小时样品测量，1小时参考样品测量，再2.25小时氩气清洗的方式来避免测量中的交叉污染，平均每个样品的测量时间为4小时。出自【Jake C Zappala.Atom trace analysis:Developments&applications[D].美国,芝加哥大学,2017】。
[0007]Gao给出交叉污染对测量结果造成影响的定量评估结果，提出在室温氪原子痕量检测装置放气率为0.1μL/h的条件下，1μL来自空气的氪气样品进行30分钟测量后，使用氙气射频放电清洗室温氪原子痕量检测装置1小时后即可进行下一个空气样品的测量。出自【Gao et al.Monitoring atmospheric 85Kr by atom counting[J].Journal of Environmental Radioactivity,2021,233:106604】。
[0008]综上所述，在原子痕量检测系统中射频放电装置由于记忆效应和样品交叉污染问题，需要对放电管进行清洗，清洗时间需要1个小时甚至几个小时，因此对于存在大量待测样品时，如何缩短测量时间是目前惰性气体亚稳态原子束流制备中亟待解决的问题。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的在于提供一种惰性气体亚稳态原子束流制备装置及方法，通过本专利技术的制备方法和装置，可以在不破坏真空条件下实现放电管替换，避免了测量样品的交叉污染，能够实现样品的快速测量，对于大批量样品测量和待测样品浓度波动较大的多个样品的快速测量优势明显。
[0010]第一方面，本申请提供了一种惰性气体亚稳态原子束流制备装置，包括束源腔，所述束源腔上设置有法兰模块，所述法兰模块上连接有放电管快速替换模块和射频气体放电模块；
[0011]其中，所述射频气体放电模块与射频系统连接用以在所述束源腔内实现射频等离子体放电；
[0012]所述放电管快速替换模块与惰性气体源连接用以替换放电管并与所述射频气体放电模块适配。
[0013]可选地，所述放电管快速替换模块包括位于所述束源腔内的转盘以及至少两个设置于转盘上的所述放电管，所述转盘转动使得所述放电管逐一与所述射频气体放电模块连接。
[0014]可选地，所述放电管快速替换模块还包括与所述转盘连接的转盘固定环，所述转盘固定环连接有通过所述法兰模块延伸至束源腔外的旋转控制件。
[0015]可选地，所述转盘上开设有定位槽，所述法兰模块上连接有定位支柱并延伸至所述定位槽，所述转盘在轴向转动时，所述定位支柱的一端在定位槽内对转盘起到限位支撑作用。
[0016]可选地，所述射频气体放电模块包括放电腔腔体以及与其连接的负载移位器，所述负载移位器与所述法兰模块连接用以带动所述放电腔腔体在束源腔内轴向位移并套设于所述放电管外；
[0017]所述放电管外安装有螺旋线圈，所述螺旋线圈与所述放电腔腔体形成射频共振腔。
[0018]可选地，所述放电腔腔体包括放电腔外壳以及分别连接其两端的放电腔前板和放电腔底板，所述放电腔底板与所述负载移位器连接，所述放电腔前板中心开孔且内缘设有用于所述放电管同轴定位和紧固的凸台；
[0019]所述放电腔底板上开设有导杆安装孔，所述法兰模块上连接有导杆，所述导杆贯穿所述导杆安装孔用以所述负载移位器带动射频气体放电模块轴向移动时起到导向作用。
[0020]优选地，所述导杆为圆柱体状结构。
[0021]可选地，所述束源腔远离所述法兰模块的一端设置有气流出口，且束源腔连接有真空泵。
[0022]可选地，所述放电管包括氮化铝管和/或石英管。
[0023]优选地，所述放电管的外径为15mm，内径为10mm。
[0024]可选地，所述转盘上开设有用以所述放电管放置的预紧孔，所述预紧孔内侧壁开设有定位腔，所述定位腔内连接有弹性件和压紧件，所述压紧件在所述弹性件的弹性作用下对放电管的侧壁提供预紧力。
[0025]第二方面，本申请还提供了一种惰性气体亚稳态原子束流制备方法，其可采用第
一方面中任一项方案所述的制备装置制备惰性气体亚稳态原子束流，包括以下步骤：
[0026]将束源腔抽真空，使待检测惰性气体由惰性气体源通过放电管快速替换模块进入放电管内，射频系统产生射频信号至射频气体放电模块，完成一次样品检测；
[0027]利用放电管快速替换模块在真空状态下更换新的放电管并与所述射频气体放电模块适配，完成第二次样品检测；
[0028]重复上述步骤可依次对不同样品进行测量。
[0029]本申请能产生的有益效果包括：
[0030]1)本申请提供的惰性气体亚稳态原子束流制备装置，可利用放电管快速替换模块装设多个放电管，其结合射频气体放电模块可以在束源腔内不破坏真空的环境下便捷实现放电管的更换，避免了测量样品的交叉污染，大大缩短了惰性气体亚稳态束流的制备时间；
[0031]2)本申请提供的惰性气体亚稳态原子束流制备方法，对于大批量样品测量和待测样品浓度波动较大的多个样品的快速测量优势明显，能够实现样品的快速测量。
附图说明
[0032]图1为本申请本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种惰性气体亚稳态原子束流制备装置，其特征在于，包括束源腔，所述束源腔上设置有法兰模块，所述法兰模块上连接有放电管快速替换模块和射频气体放电模块；其中，所述射频气体放电模块与射频系统连接用以在所述束源腔内实现射频等离子体放电；所述放电管快速替换模块与惰性气体源连接用以替换放电管并与所述射频气体放电模块适配。2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述放电管快速替换模块包括位于所述束源腔内的转盘以及至少两个设置于转盘上的所述放电管，所述转盘转动使得所述放电管逐一与所述射频气体放电模块连接。3.根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述放电管快速替换模块还包括与所述转盘连接的转盘固定环，所述转盘固定环连接有通过所述法兰模块延伸至束源腔外的旋转控制件。4.根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述转盘上开设有定位槽，所述法兰模块上连接有定位支柱并延伸至所述定位槽，所述转盘在轴向转动时，所述定位支柱的一端在定位槽内对转盘起到限位支撑作用。5.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述射频气体放电模块包括放电腔腔体以及与其连接的负载移位器，所述负载移位器与所述法兰模块连接用以带动所述放电腔腔体在束源腔内轴向位移并套设于所述放电管外；所述放电管外安装有螺旋线圈，所述螺旋线圈与所述放电腔腔体形成射频共振腔。6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述放电腔腔体包括放电腔外壳以及分别连接其两端的放电腔前...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯高平，宋俊玲，饶伟，洪延姬，赵文涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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