从环境样品中分离氩气和氪气用于放射性惰性气体探测

放射性惰性气体同位素⁸⁵Kr(半衰期为10.8年)、³⁹Ar(半衰期为269年)和⁸¹Kr(半衰期为22.9万年)是理想的环境示踪剂,基于激光技术的原子阱痕量分析方法(Atom trap trace analysis, ATTA)可以实现对空气、地下水等环境样品中这几种同位素的有效探测. 在进行ATTA测量之前,需要将样品中的氪气和氩气有效分离出来. 利用低温蒸馏、海绵钛化学吸附和气相色谱分离等技术,可以从1~10 L气体样品中分别提取出90%以上的氪气和98%以上的氩气,从而满足ATTA测量的样品要求. 通过对包括两个野外地下水样品等一系列样品进行分离实验,验证了气体分离装置的可靠性能.     

通过捕获原子认识全球的地下水

利用放射性氪同位素进行定年的梦想始于1969年,瑞士伯尔尼大学的Loosli和Oeschger首先发现了空气中存在81Kr.这种半衰期为23万年的核素由宇宙射线产生,在大气中分布十分均匀,同位素丰度约6×10-13.小部分氪气会溶于水或被冻在冰里,其中的81Kr由于衰变将简单地随着时间而减少,因此它对测定10万到100万年间水或冰的年代十分理想.而此年代范围超出了14C(半衰期为5700年)所能应用的范围.     

用激光计数放射性氪原子

原子阱痕量分析是一种基于激光的新方法,能够对数微升氪气中丰度低至10^-14的⁸⁵Kr和⁸¹Kr原子进行计数测量．介绍了在合肥建成的痕量放射性氪同位素测量系统,包括ATTA装置、水中溶解气提取和氪气分离提纯的样品处理设备．利用该系统对国内多处大气中⁸⁵Kr浓度的测量结果为1.3～1.6 Bq/m³,与文献中北半球大气本底值相吻合．对华南和华北的几个浅层和深层地下水样品进行了⁸⁵Kr和⁸¹Kr测年,示范了该系统的应用．     

236U及其加速器质谱（AMS）测量

236U是一种长寿命放射性核素, 其半衰期为T_1/2=2.342(3)×107 a, 在自然界的含量极微, 天然铀中 236U/238U的原子比约为～10-14。 目前, 对于236U及其测量的研究报道较少。首先介绍了236U的产生, 并对地球中 236U的总量进行了估算。 概述了236U测定在亿年级中子注量率积分评估、 核环境和核活动监测, 以及地质学等领域中的重要应用。 最后,对国内外加速器质谱（AMS）测量236U的状况进行了综述,报道了中国原子能科学研究院AMS小组通过对同位素干扰鉴别的多方面研究, 初步建立了236UAMS测量方法。 236U is a longlived radionuclide with half life of 2.342(3)×107 a. The ratio of 236U/238U is about 10-14 in the natural Uranium. The origin and production of 236U in globe are introduced and estimated in this paper,respectively. The major applicationsion of 236U as a 100 million year neutron flux integrator,as a “fingerprint” for monitoring nuclear environment and nuclear activity,and as a tracer in geological studies are briefly summarized. The accelerator mass spectrometry(AMS) measurement of 236U in the world and the research on HI 13 tandem accelerator at China Institute of Atomic Energy(CIAE) is also mentioned in this paper.     

宇宙核钟

以很长半衰期 ( 4 2× 1 0 9a)的 β-衰变的187Re-187Os核对作为大尺度的宇宙核钟来量度宇宙的年纪 ,是近代天文学与核物理学相结合的又一典范 .这种宇宙时钟是利用裸核187Re与它的衰变子体187Os同位素在共生矿中天然含量的比值来测定时间的 .利用187Re裸核的半衰期通过核物理计算可对中性 187Re的半衰期进行修定.To the great scale of the universe age, 187 Re- 187 Os isotopic pair, which have very long half life, was used as a cosmic nuclear clock of cosmochronometr. It is a typical relationship between modern astronomy and nuclear physics. The neutral isotope abundance ratio of 187 Re over daughter nucleus 187 Os in common growth mineral can be used as the clock to measure the time. After the 75 electrons in all shells of 187 Re were stripped ...     

基于NaGdF_4∶Eu纳米粒子的荧光猝灭测定痕量Cu~(2+)

采用水热法合成了柠檬酸盐修饰的水溶性NaGdF4:Eu荧光纳米粒子,粒子溶液荧光强度稳定.实验发现,Cu2+外对合成粒子的荧光有猝灭作用,据此可建立用NaGdF4:Eu荧光探针测定痕量Cu2+的新方法.实验确定NaGdF4:Eu的浓度为1.0×10-3 mol·L-1,溶液的pH值为10.0.考察了其他常见离子对粒子荧光性能的影响,其中Fe3+使荧光发生猝灭,用三乙醇胺可消除Fe3+的干扰.标准曲线的线性回归方程为I=532-0.685c,相关系数r为-0.998 4,线性范围为3.33×10-6～1.33×10-4 mol·L-1,检出限为8.9×10-7 mol·L-1,对浓度为6.0×10-5 mol·L-1的Cu2+溶液平行测定11次,RSD为0.62%.以上结果表明,方法的线性范围较宽,灵敏度和精密度较高.测定了茶叶样品中铜含量,测定结果和原子吸收法测定结果相一致.分析Cu2+对粒子荧光猝灭的机理认为,Cu2+和粒子表面的柠檬酸根发生化学结合,改变了粒子表面的结构和组成,导致其荧光发生猝灭.     

用HI-13串列加速器质谱装置测量182Hf的研究

¹⁸²Hf的半衰期为(8.90±0.09)Ma, 是一个接近灭绝的放射性核素. 超新星爆炸是自然界中已知的惟一能产生¹⁸²Hf的途径. 因此¹⁸²Hf是研究近1亿年来在地球附近可能发生的超新星事件的理想核素. 另外, ¹⁸²Hf是核工程中特别感兴趣的一个长寿命放射性核素. 精确测量超痕量的¹⁸²Hf对反应堆的设计和核天体物理学以及其他研究领域都是非常重要的. 用加速器质谱有可能实现对超低含量¹⁸²Hf的测量. 在中国原子能科学研究院的HI-13加速器质谱装置上对¹⁸²Hf的测量方法以及样品的化学去钨方法进行了研究, 分别得到了空白样品以及系列标准样品的¹⁸²Hf和¹⁸³W的能量-飞行时间双维谱. ¹⁸²W对¹⁸²Hf计数的贡献是通过测量¹⁸³W的计数归一扣除的. 目前本工作对¹⁸²Hf的测量灵敏度为4.15±10^－11 (¹⁸²Hf/¹⁸⁰Hf比值).     

中性红褪色光度法测定蒙药铜灰体系中产生的过氧化氢含量

在 p H=3.5的乙酸 -乙酸钠缓冲溶液中 ,用中性红褪色光度法测定了蒙药铜灰体系中产生的过氧化氢的含量。过氧化氢在 0— 5 0μg/ 2 5 m L范围内与 lg(A0 / A)值呈线性关系 ,线性回归方程为 lg(A0 / A) =2 .5× 10 -3+1.0 5× 10 -2 C双氧水 (μg/ 2 5 m L) ,r=0 .9999     

离子交换-电感耦合等离子体质谱法测定锆锡合金中痕量杂质元素

锆锡合金具有优异的核性能,被广泛应用于核工业领域,其中的杂质元素含量通常控制在很低水平。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是一种可进行多元素同时分析的无机质谱技术,已普遍应用于冶金分析领域。ICP-MS具有图谱简单、灵敏度高等优点,但也不可避免地存在质谱干扰问题,需要用其他辅助手段予以解决。ICP-MS测定锆锡合金中Cd含量时其所有同位素均被Zr和Sn的多原子离子或同质异位素干扰,需要进行基体分离。建立了ICP-MS测定锆锡合金中Cd, Al, B, Mg等11种痕量杂质元素含量的方法,其中Cd, Mg等6种元素经微型阳离子交换柱分离富集后测定,同时采用干扰校正方程校正了~(113)In对~(113)Cd的潜在干扰;其他杂质元素离子不经分离直接采用内标法测定。在稀氢氟酸介质中, Cd~(2+)等杂质离子被吸附在阳离子交换柱上,而Zr则形成络阴离子不被吸附,杂质元素与基体元素Zr分离并获得富集。杂质离子以盐酸洗脱后用ICP-MS检测,消除了测定Cd时Zr基体对其产生的干扰。主要研究了Cd元素与Zr基体的分离条件,包括上柱酸度、淋洗酸度、洗脱酸度、进样浓度和流速,同时考察了其他杂质元素在经优化实验获得的分离条件下的行为。结果表明, Mg, Mn, Co, Cu, Pb 5种元素具有与Cd类似的分离富集行为,可以同时进行测定。最终获得的分离条件为:流速2 mL·min~(-1),泵入2 mL浓度为50 mg·mL~(-1)的样品(上柱酸度为0.5%氢氟酸),用0.5%氢氟酸淋洗9 min,用10%盐酸洗脱4.5 min后测定。方法的分离周期约为15 min,各元素的检出限介于0.005 8～0.21μg·g~(-1)之间,回收率在85%～110%之间, RSD值小于5%。采用本方法测定了Zr-zirlo核级锆锡合金样品中11种杂质元素的含量,结果的精密度和准确度均满足相应产品标准的要求。     

高频原子波导中冷原子的磁导引

建立了高频原子波导模型,分析了铷冷原子在该波导内与磁场的相互作用势。高频波导线圈输入电流,在线圈中心轴线区域的势阱深度为mK量级,在线圈的径向能对温度为100 K左右的冷原子实现囚禁。通过分析可知改变输入波导线圈的输入电流大小,可改变势场的大小。计算了进入高频原子波导的冷原子和波导磁场产生相互作用束缚力的大小。在波导轴线中心区域,原子受到的束缚力较大,最大为1.710－23 N,为原子所受重力的10倍。     

实现冷原子、冷分子光学囚禁的组合三光学势阱方案

提出了一种利用单束平面光波照明液晶空间光相位调制器与透镜组合系统实现在透镜焦平面上的可演化组合三光学势阱方案.分析了该组合三光学势阱的形成原理,计算了势阱的相关特征参数,研究了从组合三光学势阱到双阱或到单阱的双向演化过程.最后,探讨了该组合三光学势阱及其新颖三阱光学晶格方案在实现物质波四波混频、三原子样品冷碰撞性质研究等领域中潜在应用前景. 关键词： 原子光学 原子分子囚禁 液晶空间光相位调制器 组合三光学势阱     

实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱

提出了一种利用单光束照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱新方案.计算了四阱的光强分布，讨论了从光学四阱到双阱或到单阱的演化过程，并导出了四阱和双阱几何参数、光强分布、强度梯度及其曲率与光学透镜系统参数间的解析关系.研究表明，通过相对移动二元π相位板可实现光学四阱到双阱或到单阱的连续双向演化，获得了四阱或双阱间距与相位板移动距离的关系.该方案在超冷原子物理、冷分子物理、原子光学、分子光学和量子光学，甚至量子计算及信息处理等领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 二元π相位板 可控制光学四阱 原子分子囚禁 原子光学     

Deterministic loading of an individual atom:Towards scalable implementation of multi-qubit

We report the realization of a deterministic single-atom preparation by the method of all-optical feedback. Using a fast-real-time feedback, the light-induced atom desorption effect and blue detuned light-induced atom collision process can increase a success probability of single-atom preparation up to more than 99%. We investigate the dynamics of loading single atom trapped in a trap with a size of hundreds of micrometers into a pair of microscopic tweezers. The detailed experimental results show that the feedback loading is spatially insensitive, which implies that it is possible to use the feedback protocol to simultaneously implement the loading of large number of qubits arrays.     

冷原子或冷分子囚禁的可控制光学双阱

提出了一种采用单光束照明二元π相位板与透镜组合系统产生的适用于冷原子与分子囚 禁的可控制光学双阱方案.计算了双阱的光强分布，研究了双阱到单阱的演化过程，并导出了双阱几何参数、光强分布、强度梯度及其曲率与光学系统参数间的解析关系.研究发现， 通过相对移动二元相位板可实现光学双阱到单阱的连续双向演化，得到了双阱间距与相位板移动距离的关系.该方案不仅简单可行、操作方便，而且在原子物理、原子光学、分子光学和量子光学领域中有着广阔的应用前景. 关键词： 二元相位板 可控制光学双阱 原子囚禁 原子光学 分子光学     

Characterizing optical dipole trap via fluorescence of trapped cesium atoms

Optical dipole trap (ODT) is becoming an important tool of manipulating neutral atoms. In this paper ODT is realized with a far-off resonant laser beam strongly focused in the magneto-optical trap (MOT) of cesium atoms. The light shift is measured by simply monitoring the fluorescence of the atoms in the magneto-optical trap and the optical dipole trap simultaneously. The advantages of our experimental scheme are discussed, and the effect of the beam waist and power on the potential of dipole trap as well as heating rate is analyzed.     

Beta–neutrino correlation experiments on laser trapped 38mK, 37K

Laser trapping and cooling techniques are now being applied to the study of nuclear β-decay at several labs. A magneto-optical trap (MOT) provides a localized source of atoms suspended in space, so the low-energy recoiling nuclei can freely escape and be detected in coincidence with the β. This allows reconstruction of the neutrino momentum, and the deduction of the β-v correlation in a more direct fashion than previously possible. In addition, the nuclei can be polarized by atomic techniques, opening a new class of spin correlation measurements to test the degree to which parity is maximally violated in the weak interaction. Our present experiment has detected several hundred thousand recoil-β⁺ coincidences from the 0⁺ → 0⁺ pure Fermi decay of ^38mK, produced at the on-line isotope separators TISOL and ISAC at TRIUMF. Our goal is to set constraints on non-Standard Model scalar bosons competitive with high-energy colliders and more conventional β-v correlation experiments. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

一种新颖的实现冷原子囚禁的可控制光学六阱及其光学晶格

提出了一种利用单束平面光波照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学六阱的方案,计算与分析了该方案产生的光学势阱的光强分布和光学六阱的特征参数、强度梯度及其曲率,讨论了从光学六阱到双阱或到单阱的演化过程,研究表明通过改变二元π相位板上的相位分布,即可实现光学六阱到双阱或到单阱的连续双向演化.     

Efficient generation of cold atoms towards a source for atom lithography

We report on the efficient generation of cold rubidium atoms as a potential coherent atom source for atom lithography. We successfully trapped and cooled 2.6 × 10⁸ atoms in 5 s with a conventional magneto-optical trap simply by enlarging the diameter of the laser beam to 20 mm. The size of the laser-cooled atom cloud was measured to be 10 × 7 × 7 mm³. The number of trapped atoms was approximately 10 times as large as that of previous typical results, while the loading time of atoms remained the same.     

二维磁光阱产生铯原子束的数值模拟

通过分析铯原子在σ+-σ-组态的圆偏振光照射下塞曼子能级的分布情况,构造铯原子在二维磁光阱(2D-MOT)中的受力模型,利用龙格-库塔方法求解铯原子的运动方程,实现原子束产生过程的三维模拟。得出原子束流量随小孔半径、铯原子蒸汽压、激光光强、激光失谐量、磁场梯度等的变化规律。与实验数据进行比较表明受力模型的正确性, 该方法能直观模拟原子束的产生,准确揭示原子束流量随各项参数的变化规律,为实验提供理论指导。