[实用新型]一种高密度样品分析的磁分析系统

说明书

本实用新型公开了一种用于高密度样品分析的磁分析系统，包括铯溅射器、铯溅射靶、引出和聚焦电极、加速电极、磁偏转质量分析器、自由漂移区、微通道板与数据采集卡。本实用新型具有结构相对简单，操作安全简单，便于维修维护的特点；设备的束流的流强强、出束稳定而且探测效率高、仪器的稳定性高。本实用新型是模块化的系统，使用时灵活，甚至可以分成多个部分单独使用，在设备退役或者更新换代时进行替换和改装模块十分方便。本实用新型可对痕量(百万分之一)的⁵⁴Mn、⁵⁵Fe、⁶⁰Co、⁶³Ni、⁹⁰Sr、¹⁵²Eu放射性核素进行含量实现测定，能实现对相关核素的高精度地分离，可用于核素活度和比活度的测量。

技术领域

本实用新型属于质谱设备技术领域，尤其涉及一种高密度样品分析的磁分析系统。

背景技术

早在1912年J.J.Thomson等人就建造了世界上的第一台质谱仪。随后，人们对其设计完善，并进行了元素同位素丰度的测定工作。在上世纪三十年代科学家们就完成了天然同位素丰度的测量工作。1940年A.O.Nier等人首次成功设计的60°的扇形磁场质谱仪成为了现代质谱仪的基础。质谱技术早期主要用于探索同位素和元素原子量的测量，随后被应用于同位素分馏。该技术在同位素人工分离及其浓缩工艺中发挥了极其重要的作用，为原子能事业的发展贡献巨大。美国橡树岭国家实验室和加州大学伯克利分校的劳伦斯等人基于质谱技术研究了电磁法分离铀，美国第一颗原子弹使用的铀就是由该方法提供的。故而，放射性废物中相关核素分离和提纯的需要迫在眉睫。

质谱分离的核心部件为磁偏转装置。磁偏转分为永磁和电磁两种。目前，大面积的永磁性磁体的磁场强度最高已达到1.2T，但是永磁体的磁场强度会随着使用时间而降低。电磁是目前高强度磁体制作所常采用的方式。电磁铁具有更高的磁场强度，且不存在消磁现象。但是其磁场强度的稳定性和均匀性不如永磁体，且体积更大，能耗大。目前，离子磁场分离技术所涉及的离子源技术和偏转磁场质谱分析技术都是十分成熟的技术且已经实现了商用生产。

主要使用的离子源有：偏心引出双等离子体负离子源，Li电荷交换源和Cs溅射负离子源。Cs溅射负离子源即用具有一定能量的正离子轰击靶表面，使之溅射出靶原子，靶原子经过与靶面薄层的相互作用形成负离子。其突出特点是结构简单，负离子可以由靶表面直接出射，并进入引出系统。负离子流的大小决定于溅射产额、电子亲合势和表面逸出功中的大小。我们所关注的核素几乎全部可以利用Cs溅射法进行离化。目前，Cs束溅射源几乎可以产生所有元素的负离子，束流强度可以达到几十个μA，甚至是mA水平，能够满足放射性废物中相关核素分离和提纯的需要。

基于上述，本实用新型将两项技术有机地结合提出了铯溅射源磁分析技术，实现退役核设施中放射性废物中放射性核素的分离和提纯，进而实现对相应核素的活度和比活度测量。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高密度样品分析的磁分析系统，包括铯溅射器、铯溅射靶、引出和聚焦电极、加速电极、磁偏转质量分析器、自由漂移区、微通道板探测器与数据采集卡；所述自由漂移区相连与微通道板探测器，所述微通道板与数据采集卡相连，数据采集卡直接和计算机相连。

所述铯溅射器部分，铯蒸汽通入靶室，铯蒸汽一部分吸附在所述铯溅射靶表面，另一部分被游离成Cs⁺经过图中所述加速电极聚焦后轰击到所述靶表面，溅射出待分析物的负离子，负离子经过所述的阳极引出并被加速并进入到所述磁偏转区最终进入微通道板探测器得到质荷比信息。所述样品放置在溅射靶区，所述引出加速电极是为引出负离子和加速负离子所设计，故紧连铯溅射器部分，所述磁偏转质量分析器与电离靶室相连实现粒子偏转，所述漂移区设置在磁偏转质量分析器和微通道板探测器之间，所述微通道板探测器与数据采集卡相连，所述的数据采集卡直接和计算机相连。