激光烧蚀-多接收电感耦合等离子体质谱测定铀颗粒物中铀全同位素比值

建立了铀颗粒物中铀全同位素比值的分析方法,采用双面胶带装载铀颗粒物样品,优化激光烧蚀-多接收电感耦合等离子体质谱的运行参数,用标准样品交叉法校正质量分馏和探测器检测效率,测定了粒径几十微米的铀标准物质CRM124-1、GBW04234和GBW04238中铀全同位素比值.本方法对铀颗粒物中235U/238U、234 U/235U和236 U/235U测量的相对实验标准不确定度分别小于0.050％,1.7％和1.8％,测量结果与参考值在不确定度范围内符合.研究表明,本方法可快速、准确、高精度地测定铀颗粒物中铀全同位素比值.     

用于原子能级结构研究的激光共振电离光谱系统

激光共振电离光谱技术是一种利用一路或多路激光将待测原子选择性共振激发与电离,通过测量离子信号来研究原子能级结构的光谱技术。研建了一套激光共振电离光谱装置,用于原子高激发态能级结构参数的测量。分别从该装置的总体结构、关键技术和应用实例等方面进行了详细介绍。该套装置主要包括高调谐精度的染料激光器系统、高效的激光离子源系统和高分辨率的飞行时间质量分析器。染料激光器系统包括3台多纵模可调谐染料激光器和1台单纵模可调谐染料激光器,均为脉冲工作方式,重复频率为10 kHz,泵浦源均为532 nm的Nd∶YAG固体激光器。激光离子源系统包括原子化源、激光与原子相互作用区和离子光学透镜组三部分组成,样品在原子化源中被电加热实现原子化,喷射出的原子被激光选择性激发、电离,产生的离子被离子传输透镜整形成能量分散小、束窄的离子束。飞行时间质量分析器采用了反射式结构设计、脉冲垂直推斥技术和偏转板调节技术。利用此装置,实验测定了U原子的自电离态光谱,获得了U原子一条较佳的三色三光子共振电离路径,对应激光的波长分别为591.7,565.0和632.4 nm。此系统还可用于测量同位素位移和原子超精细结构等参数。另外,由于此系统中联用了质量分析器,因此可用于样品多元素分析、痕量元素分析、同位素丰度分析。     

镥的激光共振电离同位素选择性研究

本文在速率方程基础上通过数值模拟方法 ,对镥的激光共振电离通道 :5d6s2 2 D3 /2 (5 73.6 5 5nm)→5d6s6 p4F3 /2 (6 4 2 .5 18nm)→ 6s6 p2 4P1/2 (6 4 3.5 4 8nm)→Autoionizationstate的激光诱导同位素选择性进行了研究。在实际实验条件下用这一方法计算得到的激光波长对激光诱导同位素选择性的关系与实验结果相符合。探讨了在偏振激光作用的情况下各种激光参数 (波长、带宽和激光强度 )对激光诱导同位素选择性的影响 ,并提出了在一定实验条件下激光共振电离质谱计较为准确地测定同位素比值的方法。这一理论方法 ,同样适用于研究其它元素的激光共振电离同位素选择性和选择激光同位素分离电离通道     

激光烧蚀-多接收电感耦合等离子体质谱法测定铀颗粒物中铅杂质的同位素比值

为有效获取铀颗粒物中具有取证价值的铅杂质同位素信息,建立了激光烧蚀-多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)测定铀颗粒物中铅杂质同位素比值的方法.探究了诸多同位素分馏效应校正方法下铅本底对同位素测量的影响,选用的LA-MC-ICP-MS系统的本底对比值测量结果的影响小于0.001(208Pb的信号强度大于2.2× 103 cps),确定采用NIST SRM612为外标校正质量分馏,固定激光束斑直径30μm、脉冲重复率20 Hz、调节能量密度使LA-MC-ICP-MS分析NIST SRM612和铀颗粒物样品所得208Pb分别小于1.5×105 cps和3×104 cps,标准物质CRM124-4样品中206Pb/208Pb、206Pb/207Pb和207Pb/208Pb比值测量结果的相对实验标准不确定度小于0.48％、0.68％和0.40％.实际样品分析结果表明,本方法可有效区分铀颗粒物中的铅同位素比值差异,有助于鉴别其来源.     

气溶胶直接进样电感耦合等离子体-质谱法快速测定环境气溶胶中~(239)Pu

采用本实验室建立的气溶胶直接进样ICP-MS在线定量分析技术,对取样钢瓶取得的某环境气溶胶样品进行直接进样快速分析.结果表明: 对239Pu的检出限为1.4×10-3 Bq/m3;所测样品浓度在3.1×10-3～1.2×10-2 Bq/m3之间,比法规限值低一个量级以上.     

激光共振电离质谱法测量锡的同位素比

采用实验室研制的激光共振电离质谱仪,建立了锡(Sn)同位素的激光共振电离质谱分析方法.测量了锡原子的自电离态光谱,确认了锡的一条三色三光子共振电离路径,其各步激发/电离的激光波长分别为λ1=286.4 nm、λ2=811.6 nm、λ3=823.7 nm;通过将样品与氧化石墨烯溶液混合制样,有效提高了锡样品的电热原子化效率,1μg锡的总探测效率达到3×10-5以上,是直接滴样方式的4.5倍左右.采用本方法对锡、锑、硫(1:1:1,m/m)混合模拟样品进行测试,实现了锡的选择性电离,有效避免了测量过程中锑、硫对锡的同量异位素干扰,样品中主要同位素比116 Sn/120 Sn,117 Sn/120 Sn,118 Sn/120 Sn和119 Sn/120 Sn测量的相对标准偏差均°1%.结果表明,本方法能够有效解决TIMS、ICP-MS等商业质谱仪在锡同位素质谱分析过程中的同量异位素干扰难题,有望应用于反应堆乏燃料中裂变产物121m Sn、126 Sn的测量.     

石墨探针进样-电感耦合等离子体质谱法测定强铀干扰下超微量240Pu/239Pu同位素比

采用自制的石墨探针直接进样装置(DSI)与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用进行了强铀干扰下超微量钚同位素比的分析技术研究。实验结果表明,由于DSI分析中存在显著的铀钚的分馏效应,可以实现分析中铀、钚的在线分离,从而降低了238U强峰对239Pu和240Pu分析的干扰。当样品中238U与239Pu的原子数之比超过105量级时,用DSI-ICP-MS方法测得的钚的同位素比结果与参考值的相对偏差小于1%,明显优于常规的ICP-MS分析方法。本方法可用于铀材料中超微量钚同位素比的分析,以在一定程度上降低对化学分离的要求,从而减小化学分离的难度和工作量。     

激光脉冲延时方案对原子多步共振光致电离的影响

针对宁西京教授提出激光脉冲延时方案,在含时薛定谔方程理论框架下探讨了各种参数对激光共振电离效率的影响;并以镥原子共振电离为例,探讨了该方案用于激光共振电离质谱(LRIMS)同位素分析的可行性.结果表明:由于超精细结构能级激励拉比频率很难满足匹配条件,该方案很难用于宽带激光激励电离LRIMS同位素分析中.在理论分析基础上,给出了基于窄带激光激励电离的LRIMS同位素分析的光致电离方案.     

多接收电感耦合等离子体质谱在单个铀颗粒物分析中的应用研究

为准确地获取单个铀颗粒物中具有核保障监督和核取证意义的铀同位素组成信息和~(230)Th/~(234)U比值,本研究基于多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS),建立了不同粒径铀颗粒物中铀同位素比值的测量方法和不经化学分离纯化流程的~(230)Th/~(234)U分析技术。在评估铀钍本底的基础上,采用外标法校正同位素的质量分馏效应,进样0.40 ng/g的天然铀工作溶液跳峰测量离子计数器检测效率,使用已知铀钍比例的标样校正铀钍响应差异,完成分析方法的不确定度评估。结果表明,化学处理过程引入的~(238)U和~(232)Th分别小于8×10~(-5)ng和1.5×10~(-3)ng,MC-ICP-MS对粒径0.5~5.0μm铀颗粒物中~(235)U/~(238)U测量的相对扩展不确定度3.6%(k=2),主要来自本底扣除引入的不确定度和B类不确定度;对粒径5μm铀颗粒物中~(235)U/~(238)U测量的相对扩展不确定度0.2%(k=2),主要来自法拉第杯检测器对弱信号测量的不确定度;对更大粒径铀颗粒物中~(234)U/~(235)U和~(236)U/~(235)U测量的相对扩展不确定度分别小于3.5%和3.8%(k=2),主要来自B类不确定度。不经铀钍分离纯化流程,MC-ICP-MS可测得粒径几十微米铀颗粒物中~(230)Th/~(234)U比值信息,并诊断浓缩铀颗粒物生产年龄。     

铈原子偶宇称自电离态激光共振电离光谱

给出了利用三色三光子激光共振电离光谱技术研究铈原子偶宇称自电离态的结果。27个有较大跃迁截面高奇宇称激发态被用作第二激发态。第三台染料激光波长在634～670nm范围内扫描,发现了141个偶宇称自电离态能级。为了寻求最佳电离方案,对有较大自电离态能级跃迁截面的各电离路径进行了初步的判定,推荐了8条较佳的电离路径。