一種具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及同位素測量技術(shù)，具體涉及一種具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì) 譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 加速器質(zhì)譜儀（Accelerator Mass Spectrometry,以下簡稱AMS)是一種基于 加速器技術(shù)和離子探測器技術(shù)的高能量同位素質(zhì)譜儀，主要用于同位素豐度比值的測量。 目前的AMS因加速器的存在，都是采用同位素先后交替加速、交替測量的分析方法。由 于加速器和探測器的運(yùn)用，AMS具有排除分子離子本底和同量異位素離子本底的能力，從 而極大地提高了分析靈敏度，其同位素豐度靈敏度能夠達(dá)到1x10 15。傳統(tǒng)質(zhì)譜儀（Mass Spectrometry,以下簡稱MS)由于存在分子離子本底和同量異位素離子本底的干擾，其同 位素豐度靈敏度僅為1x10 8。
[0003] AMS雖然具有靈敏度高、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)，但是與普通MS相比一方面儀器結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，另一方面采用同位素交替注入、交替測量，不能夠進(jìn)行同位素同時測量。這就使得AMS 測量精度不夠高，一般在1% -3 %左右。
[0004] AMS與MS的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表所示：
[0006] AMS不能夠進(jìn)行同位素同時測量的主要原因是：自從19世紀(jì)40年代加速器開始 應(yīng)用以來，一直是選擇一種核素的離子進(jìn)行加速。加速器系統(tǒng)由離子注入器、加速器和高能 離子分析器組成。注入器中有一個主要部件是注入磁鐵，是用來選定一個同位素注入到加 速器進(jìn)行加速。若實(shí)現(xiàn)兩個以上同位素的測量，必須交替改變注入器的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行交替 注入、交替加速，從而實(shí)現(xiàn)交替測量。
[0007] AMS由于同位素的交替測量，導(dǎo)致兩個主要問題的出現(xiàn)，第一、測量精度不夠高，一 般在1% -3%左右；第二、儀器系統(tǒng)復(fù)雜，與傳統(tǒng)MS相比，除了加速器外還多出了注入磁鐵 和交替注入電源以及控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有同位素同時測量功能的加 速器質(zhì)譜儀，以提高質(zhì)譜儀的測量精度并簡化結(jié)構(gòu)。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，包括用 于產(chǎn)生負(fù)離子的濺射負(fù)離子源，所述濺射負(fù)離子源與用于同時加速多個同位素負(fù)離子的加 速管相連接，所述加速管的輸出端連接同位素質(zhì)量分辨系統(tǒng)，所述同位素質(zhì)量分辨系統(tǒng)連 接電荷轉(zhuǎn)換分析及多接收測量系統(tǒng)，所述電荷轉(zhuǎn)換分析及多接收測量系統(tǒng)連接離子探測系 統(tǒng)。
[0010] 進(jìn)一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，其中，所述的同位 素質(zhì)量分辨系統(tǒng)包括相互連接的第一靜電分析器和磁分析器，所述的第一靜電分析器對多 個同位素負(fù)離子進(jìn)行能量分析，所述的磁分析器對多個同位素負(fù)離子進(jìn)行分離。
[0011] 進(jìn)一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，其中，所述的電荷 轉(zhuǎn)換分析及多接收測量系統(tǒng)包括電子剝離器、速度選擇器、第二靜電分析器和穩(wěn)定同位素 接收器，所述的穩(wěn)定同位素接收器測量穩(wěn)定的同位素負(fù)離子，所述的電子剝離器將不穩(wěn)定 的同位素負(fù)離子轉(zhuǎn)換為正離子，并瓦解所有分子離子，所述的速度選擇器用于排除被瓦解 的分子碎片和散射離子，所述的第二靜電分析器用于排除零電荷態(tài)的中性粒子。
[0012] 更進(jìn)一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，其中，所述的穩(wěn) 定同位素接收器為法拉第杯。
[0013] 進(jìn)一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，其中，所述的離子 探測系統(tǒng)包括探測器、核電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取單元，所述的探測器測量經(jīng)所述電子剝離器轉(zhuǎn) 換后的同位素正離子，所述的核電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取單元分別獲取所述穩(wěn)定同位素接收器和 所述探測器測量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過時間匹配后，得到同時測量的多個同位素的含量及其豐度比。
[0014] 更進(jìn)一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，其中，所述的穩(wěn) 定同位素接收器的測量信號經(jīng)延遲線延遲后傳送至核電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取單元，使之與所述 探測器的測量信號同時到達(dá)。
[0015] 進(jìn)一步，如上所述的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜儀，其中，還包括用于 對各系統(tǒng)的操作、同位素測量、數(shù)據(jù)獲取與運(yùn)算、樣品更換、真空環(huán)境進(jìn)行控制的自動控制 系統(tǒng)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明所提供的具有同位素同時測量功能的加速器質(zhì)譜 儀，對于從離子源引出的多個同位素負(fù)離子，不經(jīng)過傳統(tǒng)的電、磁分析器，直接進(jìn)入加速管 進(jìn)行靜電加速，使得多個同位素負(fù)離子同時進(jìn)行了加速。加速后的多個同位素負(fù)離子經(jīng)同 位素質(zhì)量分辨系統(tǒng)進(jìn)行分離，穩(wěn)定的同位素負(fù)離子被穩(wěn)定同位素接收器進(jìn)行測量，不穩(wěn)定 的同位素負(fù)離子轉(zhuǎn)換為正離子后被探測器測量，分開測量的同位素信號經(jīng)時間匹配后同時 傳送至核電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取單元進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便，有利于市 場普及和推廣應(yīng)用，與傳統(tǒng)的AMS相比提高了測量精度，測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0017] 圖1為傳統(tǒng)AMS的原理示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明ST-AMS的原理示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中碳同位素同時測量的ST-AMS結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合說明書附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021] 圖1為傳統(tǒng)AMS的原理示意圖，從濺射負(fù)離子源1分離出的兩個同位素的質(zhì)量數(shù) 分別為M和M-1，AMS不能夠在高能磁分析器或靜電分析器的后端進(jìn)行兩個同位素的同時測 量，電、磁分析器2只能選擇某一個質(zhì)量的同位素通過串列加速器3進(jìn)行加速，加速后的同 位素經(jīng)過高能磁分析器4和高能靜電分析器5到達(dá)探測器6。通過交替改變注入器的質(zhì)量 參數(shù)進(jìn)行交替注入、交替加速，從而實(shí)現(xiàn)交替測量。
[0022] 本發(fā)明的具有同位素同時（at the Same Time)測量功能的加速器質(zhì)譜儀，簡稱 ST-AMS。ST-AMS主要解決的兩個技術(shù)問題是，一、同時加速的實(shí)現(xiàn)，二、同時測量的實(shí)現(xiàn)。
[0023] 圖2為本發(fā)明ST-AMS的原理示意圖，從濺射負(fù)離子源1引出的負(fù)離子直接進(jìn)入到 加速管7 (包括預(yù)加速管和主加速管），因此負(fù)離子中包含的各一個同位素負(fù)離子，如分析 碳同位素是12C、13C和 14C負(fù)離子，都一同進(jìn)入到加速管中進(jìn)行了加速。經(jīng)過加速器后，直接 采用電、磁分析器8進(jìn)行同位素質(zhì)量的分辨。例如經(jīng)過此分析器分析碳同位素，碳同位素中 的 12C、13C和14C負(fù)離子被分開。12C和13C是穩(wěn)定的同位素，能夠形成直接測量的負(fù)離子束 流，采用穩(wěn)定同位素接收器9 (如法拉第杯）就能夠同時測量到12C和13C負(fù)離子。而對于不 穩(wěn)定的同位素，例如 14C負(fù)離子由于豐度極其低（14C/12C在10 12 -10 16范圍）不能夠形成 可測量束流，最高每秒鐘有300個計(jì)數(shù)。這樣一方面采用重粒子探測器記錄14C離子的原子 數(shù)目，而不能夠采用穩(wěn)定同位素接收器9。另一方面，在 14C負(fù)離子中存在其他同位素的分 子離子，例如13CH、12CHjP 7Li2負(fù)離子，因此，采用AMS分析方法中的剝離器技術(shù)，通過電子 剝離器10瓦解所有分子離子，再經(jīng)過速度選擇器11、靜電分析器12等排出分子碎片等離 子，只選用 14C+離子進(jìn)入重離子探測器13并記錄，其