激光烧蚀-双光束二极管激光原子吸收光谱法测定固体样品中的铀同位素比

以两个二极管激光作为光源 ,采用激光烧蚀 双光束二极管激光原子吸收光谱法测定了2 3 5U/ 2 3 8U同位素比。实验对用于样品烧蚀的Nd :YAG激光聚焦点位置进行了优化 ,在同时满足一定原子化程度和较高2 3 5U 6 82 6 736nm信背比的原则下 ,选择了聚焦点位置低于样品表面 0 4cm作为分析条件。测量2 3 5U/ 2 3 8U同位素比的精密度和准确度分别为 5 %和 2 % ,2 3 5U检测限为 18μg·g-1。结果表明 ,双光束检测法能消除激光烧蚀脉冲间信号波动对测量重现性的影响 ,比早先报道的单光束检测法在精密度和准确度上有了很大的改善     

多微管阵列结构腔-原子吸收光谱测量Rb同位素比

Rb同位素分析在地质探索和环境监测中具有重要应用价值.本文基于可调谐激光吸收光谱技术,通过热分解的样品处理方式,搭建了一套Rb同位素吸收光谱测量装置,实现了Rb同位素比稳定测量.并通过新型多微管阵列结构设计原子发生器,增强了其原子束准直能力,有效抑制了光谱的多普勒效应,提高Rb同位素光谱分辨率.装置选用钽金属制作6 mm口径的高温原子发生器,内部堆叠1 mm口径微管阵列,发生器经电阻加热最高可达3000℃.实验通过高温(600℃)催化Rb₂CO₃样品释放气态Rb原子,同步利用探测激光通过Rb原子进行测量,获得高分辨率Rb原子吸收光谱,结合谱线参数反演获得自然丰度Rb₂CO₃样品中Rb同位素比(⁸⁵Rb:⁸⁷Rb)为2.441±0.02,探测误差为5.9%,⁸⁷Rb检测极限达1.76‰(3σ).实验结果表明,相较于传统的单管结构,采用多微管阵列结构进行测量时,Rb原子谱线展宽降低了约450 MHz (半高全宽),可有效区分Rb同位素的吸...     

等离子体共振法分离同位素

目前在工业上分离同位素(主要是铀)的方法主要是气体扩散法和离心法.二者都基于利用同位素间微小的质量差,因而每级分离器的效率是不高的.例如,气体扩散法使气态的UF6通过有微孔的壁,对干不同的同位素来说,扩散速率反比于其质量的平方根.用这种方法来分离～(235)U与～(238)U,每一级仅能使～(235)U浓度提高到1.004倍.因此,欲把～(235)U的浓度从0.7%的自然浓度提高到3%(轻水堆要求),共需要1250个分离单元.因此,此类工厂的设备费与运转费极其昂贵.气体离心法利用两种同位素在高速旋转时受到的离心力不同而分离,能量消耗较少,但所需单元数更…     

基体分离/MC-ICP-MS测定树皮表层235U/238U同位素比率

分别从日本广岛和京都采集了香樟树(Cinnamomum camphora)树皮样品共12份,用X射线能谱仪研究了树皮表层基体元素组成,并用扫描电镜观察了树皮表层微观形貌.将树皮表层样品进行干灰化法处理后,采用DOWEX(R)1-X8型阴离子交换树脂分离基体元素,然后用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定了树皮表层235U/238U同位素比率.研究结果表明:树皮表层主要基体元素为Al,Ca,Fe,K,Mg,Si和C,O,S;采用不同浓度硝酸淋洗DOWEX(R) 1-X8型阴离子交换树脂可实现树皮表层痕量U与基体元素的有效分离.与京都树皮表层相比,广岛树皮表层不仅U含量显著偏高(P=0.012),而且部分样品235U/238U同位素比率亦略高于其自然丰度比.     

缓冲气体对激光等离子体光谱特性影响的实验研究

准分子激光(波长:308 nm,脉宽:10 ns)诱导Al等离子体.详细研究了缓冲气体对激光等离子体光谱特性的影响,测量了不同延时下激光诱导Al等离子体的电子温度和不同缓冲气压下光谱线的Stark展宽并由此计算了等离子体的电子密度,最后根据电子碰撞激发理论对实验结果进行了讨论.     

低气压下CuBr激光的光谱结构

综合考虑能级精细结构和同位素分裂等因素，计算了铜原子511nm和578nm自发跃迁谱线的光谱结构.设计制作了可周期更换缓冲气体封闭运转的CuBr激光器，测量了低气压下以氖气为缓冲气体的CuBr激光器的511nm和578nm激光谱线在不同工作温度和激励电压时的光谱结构.结果表明铜原子511nm和578nm谱线的自发辐射光谱和激光光谱具有类似的多峰结构，但578nm激光光谱线形与工作温度和激励电压密切相关，对实验结果做了定性分析.     

样品温度对激光诱导土壤等离子体辐射特性的影响

为了研究样品温度对激光诱导等离子体辐射特性的影响,以国家标准土壤样品为靶,在空气中利用波长为1 064nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光烧蚀不同温度(≤350℃)下的片状样品,测量了激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比,计算了光谱分析检出限和信号的测量准确度.实验结果表明,当能量为200mJ时,随着样品温度的升高,等离子体辐射逐渐增强,并且在样品温度为300℃时达到最大值.计算表明,元素Al、Mg、Ba和Fe在300℃样品温度时的光谱线强度比室温条件下分别提高了67%、58%、61%和52%,信噪比分别增大了41%、51%、28%和38%,且元素分析检出限和光谱信号稳定性均有改善.升高样品温度有利于改善激光光谱的质量.     

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…     

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。     

铀氧化物中238U含量的定量研究

准确定量铀氧化物样品中238U的含量对于裂变产额测量等工作具有重要意义,其定量方法的研究对于涉及238U的绝对测量的诸多实验都具有参考价值。利用四川大学2.5 MeV质子静电加速器产生的准单能中子对八氧化三铀样品进行中子活化,用高纯锗探测器测量活化产物的β衰变子体239Np的277.6 keV特征γ射线,利用已知的活化截面,算出样品中238U的质量占比为79.1%,不确定度为6.2%。利用电感耦合等离子体质谱法对样品中238U的含量进行了测量,其质量占比为59.2%。此外,基于EA3000元素分析仪、卡尔费休电位滴定仪和TGA-DSC2同步热分析质谱联用仪,测知样品中不含N元素,含水量在2.2%以下。并利用PIXE方法排除了样品中含有Al元素以上杂质,利用EPBS方法测知样品中U/O原子数比为1:3.6,误差约2%,推知样品中238U质量占比为80%,验证了活化法测得的238U含量。最终测得样品中238U的质量占比为79.1%,不确定度6.2%。对照按U3O8分子式折算的84.5%,考虑到水分含量等,此结果合理。The accurate quantification of 238U in uranium oxides is of great importance for measurements of fission yield. The study for the method of 238U quantification has significance to lots of experiments involving absolute measurement of 238U. The reaction (n, γ) in the triuranium octoxide samples was induced by T(p,n)3He quasi-monoenergetic neutrons provided by the 2.5 MeV proton electrostatic accelerator in Sichuan University. The 277.6 keV characteristic γ ray of 239Np that comes from β-decay of the activation product 239U was detected by a HPGe detector. With the known (n, γ) cross section, the mass percentage of 238U in samples was determined to be 79.1%, with the uncertainty of 6.2%. ICP-MS was also used in the quantification of 238U in samples, its result was 59.2%. Meanwhile, the samples were analyzed by other several methods and the results showed that less than 2.2% H₂O, no nitrogen, and no other impurity elements above Al were contained in the samples. EPBS was used to measure the atomic ratio of U and O and it was found that the mass percentage of 238U in samples was about 80%, verifying the result 79.1% of INAA.     

原子吸收光谱对碱金属原子蒸气密度与压强的测量方法

利用SERF原子自旋效应能够实现高灵敏度的磁场测量,碱金属原子密度与缓冲气体压强是敏感表头碱金属气室的重要参数,需要精确地测量。提出一种应用原子吸收光谱对碱金属蒸气的原子密度与压强测量方法,通过扫描碱金属原子的吸收光谱,进行Lorentz线型拟合,经解算同时得到原子密度和压强,一次实验获得两个物理量。由于多普勒展宽和压力展宽主要受到碱金属气室温度和缓冲气体压强的影响,从这两个方面进行了仿真分析。结果表明,充入2 amg缓冲气体时,313～513 K温度范围内的Lorentz线型与Voigt线型计算的光子吸收截面积峰值的理论误差始终小于0.015%;缓冲气体压强高于0.6 amg(393 K)时,其峰值误差小于0.1%,表明该条件下多普勒展宽对吸收光谱的影响可以忽略,可用Lorentz线型拟合原子的吸收谱线。最后分析了该方法能够获得的理论分辨率以及激光器的功率波动、波长波动和气室温度波动对测量精度的影响,得出同等条件下温度波动的影响比其他两个因素高1~2个数量级。     

基于发射光谱及成分分析的激光除漆机理研究

基于激光诱导击穿光谱和X射线能谱技术,测量了激光与油漆作用时发射光谱及作用前后元素成分的变化,以此研究了激光除漆的机理。实验测量了不同纳秒激光能量下激光诱导击穿油漆表面的光谱,计算了等离子体的电子密度和温度。通过扫描电子显微镜对油漆烧蚀形貌进行了分析,采用X射线能谱仪测量了烧蚀前后油漆成分的变化。研究结果表明,等离子体电子密度、温度以及烧蚀区域大小都随着入射激光能量的增加逐渐增加。在激光作用前后油漆中碳(C)含量明显降低,原子百分比从78.25%降低到67.07%,说明激光与油漆作用过程中发生了烧蚀。通过对比钛(Ti)元素、C元素和铝(Al)元素的相对原子比例,表明更高的激光能量下油漆烧蚀的更剧烈。该工作对深入研究激光除漆机理有重要意义。     

激光诱导击穿光谱法分析燃煤的灰成分

采用激光诱导击穿光谱分析技术测量煤中的主要灰成分元素.实验用Nd: YAG固体激光器的1064 am激光脉冲激发烧蚀部分煤块样品,形成样品的等离子体形态;通过光谱仪与光电探测器采集等离子体的发射光谱,以定量分析激发样品中包含的元素种类以及对应浓度.本实验定量分析了燃煤中Si、Mg、Al、Ca、Fe、Ti、Na与K元素,与传统的实验室原子吸收光谱的元素分析结果相对比,该方法的定量分析的相对误差在1%～8%之间,各元素可达到的质量浓度探测限均低于元素在煤中的一般含量,验证了基于激光诱导击穿光谱法在线快速实现煤质分析的可行性.     

可调谐二极管吸收光谱痕量气体浓度算法的研究

基于可调谐二极管激光吸收光谱学的大气痕量气体在线监测分析仪具有高灵敏、快速响应和高选择性的特点。分析了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)二次谐波信号的特征,以高浓度谐波信号作为标准,采用线性最小二乘拟合的方法对谐波信号进行数值拟合,高精度的反演出了痕量气体浓度值。并对标准信号和检测信号之间的相关系数和浓度反演规律进行了研究。以甲烷气体的测量信号和浓度反演为例,验证了算法。     

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.     

SG-DBR半导体激光器的光谱技术研究

可调谐半导体激光吸收光谱作为一种高灵敏度、高选择性、非侵入的痕量气体实时检测技术,已在大气监测、工业控制等方面得到广泛应用。采用一种新型宽带可调谐的SG-DBR半导体激光器(可调谐范围1 520~1 570 nm)作光源,并通过自编程序对该激光器设定了18个通道,输出波长分别对应CO,CO₂以及H₂O的吸收谱线中心位置,设计和构建了一个基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的多组分气体光谱测量系统,描述了相关的光学系统设置,结合波长调制(wm)的二次谐波技术测量其中14个通道(分别对应CO和CO₂的吸收谱线)的吸收光谱,系统获得的CO和CO₂峰值吸收探测极限能够达到10-5。实验结果验证了SG-DBR激光器在波长调制吸收光谱多组分气体检测领域的可行性。在实际应用过程中使用单个SG-DBR激光器可以实现多组分气体的同时测量,有效降低设备成本和系统复杂性。     

皮秒双脉冲LA-LIBS对合金样品的微损元素分析

研究了基于一台皮秒Nd∶YAG激光器实现合金样品的双脉冲激光剥离-激光诱导击穿光谱(LA-LIBS)微损元素分析。实验采用低能量的532 nm二倍频激光烧蚀并剥离出微量样品,然后采用较高能量的延时1064 nm激光对剥离出的样品进行二次激发,以增强等离子体中的原子辐射强度和提高光谱检测灵敏度。实验分别研究了烧蚀激光脉冲和二次激发光脉冲的能量对信号强度的影响。在烧蚀激光脉冲能量为10 μJ,二次激发光脉冲能量为2.5 mJ的条件下,LA-LIBS中Cu Ⅰ 324.75 nm原子谱线的强度与单脉冲LIBS相比改善了86倍,激光烧蚀坑洞的直径小于10 μm。研究表明：基于一台皮秒Nd∶YAG激光器,采用双脉冲LA-LIBS技术可以较好地实现对固体样品的微损元素分析。该技术在贵重样品分析和高空间分辨的二维元素显微分析中具有一定的应用价值。     

磁力搅拌和激光辐照处理水溶液对ICP辐射的增强作用

在电感耦合等离子体原子发射光谱法中,仍然是以溶液方式把样品引入到光源。为了提高对水溶液的处理效果,改变其物理性质,采用磁力搅拌与激光辐照相结合的手段,测量了不同实验条件下水溶液的表面张力和粘度。将处理后的溶液引入到电感耦合等离子体(ICP)中,测量了样品元素的谱线强度和信背比以及等离子体的激发温度和电子密度。实验结果表明：在磁力搅拌器的转速为1 197 r·min-1、激光输出功率密度为0.227 6 W·cm-2和样品处理时间为15 min的优化条件下,溶液的表面张力和粘度比未经处理时的分别减小了27.85%和8.66%;样品元素谱线As 188.980 nm,Cd 214.439 nm,Cr 267.716 nm,Cu 324.754 nm,Hg 253.652 nm和Pb 220.353 nm的强度分别提高了32.07%,65.36%,18.27%,32.29%,19.38%和54.28%,信背比分别增大了25.13%,60.97%,18.18%,27.69%,21.11%和48.93%。通过测量等离子体的激发温度和电子密度两个主要参数,在一定程度上解释了水溶液被处理以后等离子体辐射增强的原因。这种预处理水溶液的方法能够明显提高ICP发射光谱强度,而且与单独利用激光辐照水溶液的方法比较,明显缩短了处理样品的时间,有利于提高工作效率。此方法操作简便,在处理样品溶液过程中不存在二次污染问题,便于推广使用。     

激光频率调制吸收光谱测量钻井气样中甲烷13C/12C同位素比

本文利用激光频率调制吸收光谱技术,测量了钻井气样中甲烷~(13)C/~(12)C同位素比。该方法不仅精度较高,而且具有检测限低、光谱分辨率高、样品处理简单和快速测量等优点,可以为油气勘探提供一种有效的辅助手段。     

铁、铬、钒原子激发态的光电离截面

这篇文章分别在278~288 nm、335~361 nm、300~310 nm激光波长范围内分别报道过渡金属中的铁原子、铬原子和钒原子的共振增强多光子电离(REMPI)的实验结果. 实验中采用激光烧蚀和分子束相结合的技术制备金属原子.光离子产物由飞行时间质谱仪检测.根据共振电离离子信号对探测激光功率的依赖关系,得到原子激发态的光电离截面值.