双注入串列加速器质谱计制造技术

一种双注入串列加速器质谱计，本发明专利技术的特点是其注入系统是由双聚焦速度分析器、静电四极透镜和质量重组合器连接构成。本发明专利技术在不改变探测核素的种类和精度的前提下，能够降低双注入加速器质谱计的成本，具有结构简单、简化操作的优点；适用于各种长寿命放射性核素的探测分析。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于加速器质谱计结构的改进。(1).单一交替注入系统 目前在国际上近五十台AMS装置中，绝大多数采用被称为“能量跳跃磁铁(bouncer magnet)”的交替注入系统。这种技术最早由K.H.Purser等提出[K.H.Purser et al.，inProc.1st Conf.On Radiocarbon Dating with Accelerators(1978)165]。后在商品化的AMS装置中也都采用了“能量跳跃”注入系统，如GIC公司生产的加速器质谱计(Ionex 2500-C型)和美国国家电气公司(NEC)的加速器质谱计(Pelletron model 9SDH-2型)产品。应该说交替注入模式分析14C已达到了较高精度，但仍存在一些缺点，其对离子源(特别是样品表面)状态和加速器的稳定性提出了较高要求，它们要么变化很快，要么变化较慢，否则都会引起较大的分馏效应。(2).单一同时注入系统 而同时注入模式具有一些明显的优点，特别是不同的同位素离子能同时沿着同一轨迹运动，当离子源或加速器状态改变时对它们都有同样的影响，从而不会引起同位素比值的明显变化。第一代同时注入系统[D.E.Lobb，et al.，Nucl.Instr.& Meth.179(1981)171]于1984年正常运行，但该系统对于因各种质量的离子在通过磁铁时的不同路径和不同的极面角度而引起的二级效应未予考虑。第二代同时注入系统的提出[A.E.Litherland，et al.，Nucl.Instr.& Meth.B52(1990)375；K.H.Purser，et al.，Nucl.Instr.& Meth.B35(1988)284]，能够满足Brown消色差要求，但存在的问题是在系统对称面处的焦平面不与中心轨道垂直。焦平面的倾斜可以归结为众所周知的二级像差效应。Litherland等提出了一个简单的解决办法，并申请了专利[US patent 5,013,923]。九十年代初，同时注入系统已成功地应用在高压工程公司(HVEE)生产的model 4130型AMS装置上[K.H.Purser，et al.，Radiocarbon Vol.34，No.3，1992，p458]，它能较容易地获得0.2％的14C分析精度和每年分析4000-5000个的样品量。但是，同时注入模式不可避免的缺点是在测量放射性核素(14C)的同时，在高能质谱分析段存在很强的稳定同位素(12C，13C)，也就是存在本底干扰源，从而影响了半衰期比14C更长的放射性核素(如10Be)的探测灵敏度。所以同时注入模式不适合比14C半衰期更长的放射性核素的分析。(3).并接式双注入系统为了满足多核素分析的要求，鉴于同时注入系统对提高14C分析精度的明显优越性，NEC公司在出售给日本国家环境研究所的一台5MV的Pelletron Model 15SDH-2型AMS专用装置上设计了双注入系统[Hiroshi Kume，et al.，Nucl.Instr.& Meth.B123(1997)31]。其中一条是常规的“能量跳跃”交替注入系统；另一条是“分离组合”同时注入系统，双注入系统共用一台加速器[USpatent 5534699]。1997年HVEE公司在出售给日本原子能研究所的一台Tandetron Model 4130型AMS上并接了一条采用“能量跳跃”技术的交替注入系统，与“重组合器”共同使用一台Tandetron加速器[T.Aramaki，et al.，Nucl.Instr.& Meth.B172(2000)18]。对于分析14C要求高的测量精度与分析其它长寿命放射性核素要求低的本底干扰(高的探测灵敏度)的矛盾，国际上现有的二家AMS生产公司都采用了并接的双注入系统，采取两种注入模式共享一台串列加速器的方法。这就使AMS装置的设备庞大，价格更昂贵，除富有国家外，非一般实验室所能配备。(4).混接式双注入系统事实上，Lobb等在提出第一代同时注入系统的最初方案中就包含有交替注入的双注入设想。可是在以后的报导中，没有再提到这种双注入结构，只提到单一的同时注入系统。分析其原因是该双注入结构仍有一些技术问题未能解决，把交替注入的光路元件插入到同时注入系统的光路元件中，这种混接式双注入结构采用同一光路是很难两全其美，它可以进行分析，但要得到高精度很困难。加速器质谱计一般分为五个部分，即离子源、注入系统、加速器、高能质谱分析系统和探测器。本专利技术就是对其中的注入系统的布局结构进行改进。注入系统实际上是一个电磁系统，它的功能是传输从离子源射出的离子束，对离子束进行初始质量的选择和能量色散，把需要测量的同位素离子聚焦后送入加速器。本申请的“双注入串列加速器质谱计”是一种采用串接式双注入系统的AMS装置，是把两种注入模式的光路元件分离开再实现串接组合，其目的是在不改变探测核素的种类和精度的前提下，降低AMS装置的成本，并简化操作。本专利技术所设计的双注入串列加速器质谱计仍是由离子源、注入系统、加速器、高能质谱分析系统和探测器五部分组成，其特点是所述的注入系统是由双聚焦速度分析器和具有导向作用的二单元静电四极透镜及质量重组合器三个电磁设备(或称束流光学元件)用密封管道连接组成。所述的速度分析器放置在离子源出口的浸没透镜之后，质量重组合器放置在加速器的入口之前，在速度分析器和质量重组合器之间放置静电四极透镜。静电四极透镜之所以这样放置，是为了增大速度分析器的质量色散宽度Dm。本专利技术所述的速度分析器和静电四极透镜及质量重组合器均可以采用NEC公司或HVEE公司的产品。所述的三个束流光学元件之间的相互连接以及他们与离子源出口和与加速器入口之间的连接都是采用管道法兰真空密封连接，均为已有技术，所以本申请对速度分析器、静电四极透镜、质量重组合器的结构，及其管道法兰真空密封连接的方法不再加以阐述。将本专利技术技术方案与现有的并接式双注入系统相比，现有的交替注入系统在光路上采用了一个45°弯曲的静电偏转板，放置在离子源出口的浸没透镜后；当静电偏转板上加有电压时，从离子源射出的离子束可以沿着45°圆弧轨道通过，但是当不加电压时，任何从离子源射出的离子束都通不过；所以这种结构不能与同时注入系统的光路组合成一条光路。而本专利技术的串接双注入系统利用了速度分析器中粒子轨道是直线行进的特点，把交替注入系统的束流光学元件与同时注入系统的光学元件分离开，再串接组合成一个双注入光路系统。这也是本专利技术与混接式双注入系统的不同之处。本专利技术的另一个特点是采用电场交替改变的速度分析器。由于注入能量选定在keV量级上，比用在高能质谱计段时的能量(＞18MeV)低很多倍，所以它的机械尺寸和电、磁参数都可用得较低些。在保证质量色散宽度大和聚焦性能好的条件下，它的脉冲电压幅度＜5kV，而“能量跳跃”技术中的脉冲电压幅度为15kV。另外，速度分析器也具有能量色散作用，这也就代替了一般“能量跳跃”注入系统中配置的球形静电偏转板的作用。当然速度分析器比静电偏转板增加了磁场参数，这就使结构复杂，还要考虑去掉剩磁。考虑到同一光路系统用作两种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双注入串列加速器质谱计，包括有离子源、注入系统、加速器、高能质谱分析系统和探测器；其特征在于，所述的注入系统是由双聚焦速度分析器、静电四极透镜和质量重组合器连接组成；其中双聚焦速度分析器放置在离子源出口的浸没透镜之后，质量重组合器放置在加速器的入口之前，在双聚焦速度分析器与质量重组合器之间放置静电四极透镜；它们之间的相互连接采用管道法兰真空密封连接。

【技术特征摘要】
1.一种双注入串列加速器质谱计，包括有离子源、注入系统、加速器、高能质谱分析系统和探测器；其特征在于，所述的注入系统是由双聚焦速度分析器、静电四极透镜和质量重组合器连接组成；其中双聚焦速度分析器放置在离子源出口的浸没透镜之后，质量重组合器放置在加速器的入口之前，在双聚焦速度分析器与...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫建，陈茂柏，
申请(专利权)人：中国科学院地球环境研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]