[发明专利]基于气体进样正离子源的C-14高灵敏测量装置

说明书

本发明涉及一种基于气体进样正离子源的C‑14高灵敏测量装置，包括用于生成碳的正离子的微波离子源，所述微波离子源与电荷交换器连接，通过电荷交换器将碳的正离子转换为负离子，所述电荷交换器连接注入磁铁，所述注入磁铁通过束流聚焦系统将碳的负离子注入加速与气体剥离系统，加速与气体剥离系统将分子离子瓦解同时将碳的负离子剥离为正离子后再加速，所述加速与气体剥离系统连接分析磁铁和静电分析器，分析磁铁将瓦解的分子离子排除并将¹⁴C、¹³C、¹²C分离，使得¹⁴C进入静电分析器，所述静电分析器与探测器相连接。本发明实现了¹⁴C样品的快速高效测量，同时满足小型化的¹⁴C高灵敏测定。

技术领域

本发明涉及放射性同位素测量技术，具体涉及一种基于气体进样正离子源的C-14高灵敏测量装置。

背景技术

¹⁴C是宇宙成因核素,其半衰期为5730±40年。由于碳循环的存在，在长时间内，¹⁴C会在大气环境及生物环境中不断累积、衰变到再次产生，直至达到动态平衡。正因如此，¹⁴C在考古学、地质学、生命科学等自然学科有广泛应用。¹⁴C有如此广泛的应用，那么测量方法的的精确性，测量工具的稳定性及测量时间的高效性就是保证¹⁴C应用的一个重要前提条件。传统¹⁴C测量方法以液体闪烁计数法为主，其基本原理是依据射线与物质相互作用产生荧光效应。这种方式对于检测微量核素和分析稀有粒子而言就不够准确、稳定、高效。加速器质谱(AMS)技术是20世纪70年代中后期发展起来的一种测量方法，与传统方法相比，该方法不受监测物质的复合结构及基体效应的影响，也可以非常有效地排除各种本底干扰(分子本底与同量异位素本底)，极大的提高了测量灵敏度(同位素丰度达到10^-16)，是核分析技术迄今为止灵敏度最高的核素测量方法。因此，目前国际上基本都采用加速器质谱方法进行¹⁴C的测量。对于¹⁴C测量设备而言也从以前的大型加速器向小型化和低能化发展，目前已发展了端电压为0.5MV的紧促型¹⁴C测量装置、加速电压为0.25MV的单极静电型¹⁴C测量装置以及端电压为0.2MV的微型¹⁴C测量装置。但是，所有这些装置都有一个共同的特点就是从离子源引出负离子，而要引出负离子就需要将样品制备成石墨形式，制备石墨过程既费时又费力，而且这些负离子源系统还有电离效率低，需要清洗离子源，需要用铯和靶锥等缺陷。因此，目前国际上也在发展基于正离子的¹⁴C的AMS高灵敏测量方法研究，并研发基于气体进样且正离子电离的¹⁴C高灵敏测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于气体进样且正离子电离的¹⁴C小型高灵敏加速器质谱测量装置，从而实现¹⁴C样品的快速高效测量，同时满足小型化的¹⁴C高灵敏测定。

本发明的技术方案如下：一种基于气体进样正离子源的¹⁴C高灵敏测量装置，包括用于生成碳的正离子的微波离子源，所述微波离子源与电荷交换器连接，通过电荷交换器将碳的正离子转换为负离子，所述电荷交换器连接注入磁铁，所述注入磁铁通过束流聚焦系统将碳的负离子注入加速与气体剥离系统，加速与气体剥离系统将分子离子瓦解同时将碳的负离子剥离为正离子后再加速，所述加速与气体剥离系统连接分析磁铁和静电分析器，分析磁铁将瓦解的分子离子排除并将¹⁴C、¹³C、¹²C分离，使得¹⁴C进入静电分析器，所述静电分析器与探测器相连接，实现¹⁴C的测量。

进一步，如上所述的基于气体进样正离子源的¹⁴C高灵敏测量装置，其中，所述的微波离子源将样品燃烧产生的CO₂电离成碳的正离子。