基于同位素稀释的锂同位素质谱测定技术

锂作为最轻的金属元素，在地质学、天体物理学和核工业等领域，得到了广泛的应用，这些应用都要求对锂同位素丰度进行准确测定。测定锂同位素丰度常用的方法为热表面电离质谱法，但是测量存在系统偏差，需要校正，目前所用的校正方法有标准校正法和校准质谱法。     

氢同位素分馏效应校正

同位素分馏效应是影响氢同位素丰度准确测定的主要因素。采用系统校正法和分子泵压缩比校正系数法可以较好地解决分馏效应对氢同位素丰度准确测定产生的影响。系统校正法是用标准样品的标称值对测量系统进行误差修正得到系统误差校正系数k，然后通过C校=kC样测，通过对标准样品的测量给出，校正系数k=C标／C标测，用系统校正法校正分析待测样品的丰度值，需要使用气体同位素标准，而分析不同丰度的氢同位素气体样品，需要使用相应丰度值的气体同位素标准。因此氢同位素标准气体的获取以及在储存过程中保持标称值不变是需要考虑的问题。     

纳克量级锂同位素的高精度质谱测量

锂作为最轻的金属元素，在质谱测量中会发生显著的同位素分馏效应。国内外有关锂同位素的质谱分析研究，多针对的是地质、环境、宇宙学等领域，测定的样品中锂含量都在微克以上量级。针对特殊要求，需要发展纳克量级的痕量锂质谱分析技术。     

激光共振电离过程中铅同位素歧视效应研究

以速率方程为基础,通过数值模拟方法,对Pb的激光共振电离通道：“6s26p2 3P0—6s26p7s 3P0₁—电离”的激光诱导同位素歧视效应进行了研究,以探讨减小激光诱导歧视效应,准确测定Pb同位素比值的有效途径。通过考虑激光线型、原子吸收谱线线型、同位素位移及同位素超精细结构等因素的影响,对速率方程进行近似。在近似的速率方程基础上,以“1+1”激光共振电离过程为例,进而探讨激光峰值功率密度、带宽和中心波长对Pb的同位素歧视效应的影响。研究结果表明,利用最佳波长法,可基本消除同位素歧视效应的影响;提高激发光光强可使Pb同位素饱和电离,从而消除同位素歧视效应的影响;采用宽带激光激发,可减小同位素歧视效应的影响。     

带电重粒子激发的γ射线在测定同位素丰度上的应用

本文指出利用带电重粒子冲击原子核时所产生的γ射线来测定同位素丰度的可能性。在有合适的基本设备时,特别是在用一含有标准丰度的样品来作比较测定时,这方法是简便的。这是一种微量或超微量的分析方法。测定锂,硼,碳,氮等轻元素的同位素丰度时适用的核反应及γ射线在第四节中逐项讨论。     

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。     

基于DOE实验设计的卤水中锂分析方法优化

柴达木盆地西部地区的南翼山油田卤水锂资源丰富,共存元素复杂,传统的火焰原子吸收光谱法在测定该体系中锂含量时,基体干扰严重。而且油田卤水在各蒸发浓缩阶段的离子浓度变化幅度较大,一般的基体匹配法繁琐不便。研究采用Design of Experiments(DOE)实验设计,通过干扰元素的显著性分析、消电离剂的选择及干扰模型的建立,对传统的火焰原子吸收测定锂的分析方法进行了优化。运用部分因子实验设计研究了南翼山油田卤水中钙、锶、钾、钠、镁、铵、硼等主要共存离子及离子间交互作用对锂分析的影响规律,考察了各干扰元素的显著性程度。研究表明,钙、锶、镁、钠以及钙*硼在锂测定分析过程中存在显著干扰,其显著性从大到小排序为钙锶镁钙*硼钠。针对钙、锶、镁、钙*硼干扰,可加入消电离剂进行沉淀消除,通过比较分析,草酸钾作为消电离剂加入的除干扰效果最佳,锂测定相对误差从-20.75%降低至-12.15%;对于样品中的钠干扰,运用响应曲面实验设计,拟合方程建立干扰模型,通过方差分析及拟合度分析,回归方程各项p值均为0.000,方程的R-sq, R-sq(调整)与R-sq(预测)分别为99.96%, 99.96%以及99.95%,表明所建立的模型及方程各项显著,且回归方程拟合度较好。实验以各蒸发浓缩阶段的南翼山实际卤水与西藏龙木错实际卤水为样品,对消电离剂和干扰模型进行实验验证。结果显示,加入草酸钾消电离剂后,锂加标回收率在89.30%～98.60%之间;使用钠干扰模型校正后,锂加标回收率可提升至98.88%～101.40%,表明锂测定的准确度得到大幅提高。该方法不仅适用于南翼山油田卤水分离的整个过程,也同样适用于其他盐湖卤水,可以为盐湖企业锂元素的准确测定提供技术支持。     

Sn激光共振电离质谱分析中电离通道理论探讨

Sn激光共振电离质谱同位素分析中电离通道的选择非常关键。采用Dirac–Hartree–Fock（MCDHF）方法和相对论组态相互作用的GraspVU原子结构计算程序,计算了Sn、Te原子的低激发态能级结构、光谱跃迁几率。通过对Sn质谱分析用灯丝样品进行热蒸发实验,确定了Sn原子在蒸发条件下基态能级粒子布局。结合理论计算跃迁数据和布局数据,从选择性电离角度出发,推荐了Sn激光共振电离质谱分析中Sn电离光谱通道。     

不稳定锂同位素移位的高精度测量实验方案(英文)

对丰中子晕核11Li的核电荷均方根半径的实验确定 ,特别是其与9Li的半径的差值 ,将对各种核模型进行灵敏的检验 .选择锂的合适跃迁 ,利用激光光谱技术高精度测量该跃迁的同位素移位 ,并扣除精确理论计算的质量移位贡献值 ,可以用来确定有关同位素的核电荷均方根半径 .就目前能够提供的实验设备和手段 ,对于不稳定锂的同位素8,9Li和短寿命丰中子晕核11Li而言 ,这是能够得到与核模型相独立的电荷半径值的唯一可行的方法 .这类实验正在德国重离子研究中心 (GSI)和欧洲核子中心的ISOLDE/CERN上计划实施 .描述了锂原子的激光激发共振电离途径和进行锂的同位素移位测量的实验装置,并讨论了采用这种方法测量到的6,7Li的初步结果及其精度 ,以及使用该方法研究不稳定核的灵敏性. A high-resolution isotope shift measurement of lithium isotopes in a suitable transition, combined with an accurate theoretical evaluation of the mass-shift contribution in the corresponding transition, can be used to determine the root-mean-square nuclear charge radii of these isotopes. For the unstable 8,9Li and the short-lived halo nucleus 11Li, this is the only approach available for obtaining nuclear-model-independent values of the charge radii within the reach of present-day facilities...     

飞秒光场中锂原子三重电离的光电子关联动量与能量谱研究（特邀）

理论研究了飞秒光场中锂原子的三重电离问题。改进经典轨道蒙特卡罗方法获得了锂原子基态的稳定构型并数值计算了激光强度范围为1013W/cm2至1017W/cm2锂的电离率。分析电离后Li3+的动量谱,揭示了包括非序列三重电离与序列三重电离的电离机制。根据Dalitz图中绘制的电子能量分布的关联谱,发现在非序列三重电离过程中存在明确的（e,3e）电子关联效应,即率先电离的电子与母离子发生再散射,使得内壳层的两个电子同时电离。此外,模拟表明即使在强度高达1017W/cm2的序列三重电离区域也存在电子再散射过程。     

Sn激光共振电离质谱分析中电离通道理论探讨

Sn激光共振电离质谱同位素分析中电离通道的选择非常关键.采用Dirac–Hartree–Fock(MCDHF)方法和相对论组态相互作用的Grasp VU原子结构计算程序,计算了Sn、Te原子的低激发态能级结构、光谱跃迁几率.通过对Sn质谱分析用灯丝样品进行热蒸发实验,确定了Sn原子在蒸发条件下基态能级粒子布局.结合理论计算跃迁数据和布局数据,从选择性电离角度出发,推荐了Sn激光共振电离质谱分析中Sn电离光谱通道.     

罐装钚材料同位素丰度和年龄的测量

用被动探测的方法，在尽量短的时间内，准确探测密封在容器罐中的钚材料的特征属性，譬如同位素丰度、钚材料的年龄等，是核材料控制的一个重要技术手段。用高分辨γ谱仪在钚材料密封容器罐外一定距离处进行一定时间的测量，可以获得高分辨的γ射线能谱，如何从这些能谱中求解出钚材料同位素丰度和年龄是主要的研究内容。相对效率法利用测量对象的能谱信息作自身效率刻度，而不需要使用标准源来进行探测效率的刻度；在相对效率曲线上，绝对探测效率之比等于相对探测效率之比。因此，只要从能谱中求解出任意两个核素不同能量的特征峰峰面积，就可以求出这两种核素的核子比。     

测量铀同位素位移光谱的方法和装置

测量铀同位素的高分辨位移光谱,目前多采用原子束光谱法[1].该方法的分辨率和准确度高,但是设备复杂昂贵,操作复杂,特别是很难避免铀的高温腐蚀和放射性污染.近年来,美国 Los Alamos实验室的R.A.Keller等人[2]提出用光电流光谱法测量铀同位素位移光谱,并采用天然铀空心阴极灯测量了238U-235U的位移光谱.但是该方法由于同位素丰度相差悬殊,丰度高的同位素谱线强,丰度低的谱线弱,严重影响测量的灵敏度与准确度.特别是使用的单光路测量系统还不能测量零位移光谱. 本发明的目的,在于改进光电流光谱法单光路系统测量铀同位素仕移光谱受同位素…     

光化学反应中氩气对激发态锂原子猝灭速率研究

本文对光化学法分离中氩气对2P激发态锂原子的碰撞猝灭速率进行研究.在弱激光作用下,通过对不同氩气压强下的锂原子蒸气吸收光谱和激发态锂原子的荧光发射光谱进行测量,得到氩气对2P激发态锂原子的猝灭速率常数为(12.29±0.92)×10-18m3·s-1.实验结果表明:在光化学锂同位素分离研究中,氩气对锂原子2P激发态的猝灭速率远小于2P激发态锂原子的自发辐射速率,碰撞猝灭效应对分离选择性的影响非常小,可以忽略不计.     

类锂离子内壳激发1s22s22S态的电离势和Auger跃迁率

采用鞍点变分方法和鞍点复数转动方法,并考虑相对论修正、质量极化效应,计算了类锂等电子系列(Z=10～20) 1s2s2 2S态的电离势、Auger跃迁率和辐射跃迁率． 同时还计算了QED效应和高阶相对论修正对电离势的贡献．     

类锂离子内壳激发1s2s2 2S态的电离势和Auger跃迁率

采用鞍点变分方法和鞍点复数转动方法,并考虑相对论修正、质量极化效应,计算了类锂等电子系列(Z=10～20) 1s2s2 2S态的电离势、Auger跃迁率和辐射跃迁率.同时还计算了QED效应和高阶相对论修正对电离势的贡献.     

基于中红外差频激光测量水汽分子同位素丰度

稳定同位素比值的测量在地质学、气象学和地球科学的研究中具有重要的应用价值。水汽同位素丰度的测量对理解与干旱相关的同温层大气科学具有重要的意义。水汽分子在2.7 μm附近具有较强的吸收,适宜于高灵敏度光谱的测量。文章报道了利用差频技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),将调谐范围在750～840 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器和单频连续的Nd∶YAG激光器,耦合到周期性极化铌酸锂非线性光学晶体中,产生2.5～4 μm波段的中红外可调谐激光。选择周期为20 μm的PPLN晶体,产生2.7 μm附近的中红外差频激光,利用差频产生的中红外激光光源,具有窄线宽、宽调谐等优点。结合光程为100 m的Herriott型多通吸收池,采用直接吸收光谱方法测量了实验室大气中的水汽分子同位素,得到了同位素比值R及17O,18O,D的丰度值δ,实验所测R值与国际标准具有很好的一致性。     

原子蒸气激光法分离钆同位素的偏振选择性实验

对原子蒸气激光法分离钆同位素中的光电离选择性进行了实验研究.分析了在偏振选择定则基础上分离钆奇数同位素的基本原理;测量了电离路径中总角动量J=2→2→1→0变化时的光电离选择性;观察了光的偏振状态改变时光电离选择性的变化,通过控制光阑的大小观测到杂散光引起的光电离选择性降低;进行了外磁场对光电离选择性的影响实验,基本给出了磁场方向和大小对于光电离选择性的影响程度.在外磁场方向垂直于光束的偏振方向时,很微弱的磁场就能引起光电离选择性的降低,磁场大小在2×10-4T时就看到了明显的选择性变化.当外磁场的方向平行光束的偏振方向时,磁场对于选择性的影响就显得相对很小.     

原子吸收法测定锂同位素组成

测定锂同位素组成的方法较多,晶体密度法是一种经典准确的测定方法。核磁共振光谱测定法,中子活化法及质谱法也已用于各种样品中锂同位素组成的测定,这些方法都需要相应的设备,都包括复杂的样品制备及仪器校准。研究原子吸收法测定锂同位素组成已有相当历史,自六十年代初就有人研究测定溶液中锂-6的原子百分含量,在一段时间里由于仪器的非线性响应在一定程度上限制了它的应用。随着仪器设备飞速发展,目前获得应用的测定锂     

锂原子光电离过程中的弛豫效应

利用基于多组态Dirac-Fock方法的程序包GRASP92和RATIP以及在此基础上最新发展的RERR06程序,计算了锂原子1s²nl(n=2,3; l=s, p) 的内壳层和外壳层的光电离截面. 计算中详细考虑了光电离过程中的弛豫效应. 结果表明：在锂原子内壳层电子的光电离过程中弛豫效应较强,而在外壳层电子的光电离过程中弛豫效应较弱. 另外,相应于不同态的内壳层光电离过程,其弛豫效应的影响也不同,对激发态的影响比对基态的影响大,对高激发态 关键词： 多组态Dirac-Fock方法 光电离截面 弛豫效应