[发明专利]同位素测量装置

说明书

本发明涉及一种同位素测量装置和测量方法，其测量包括多种元素的材料中存在的元素的同位素比率，所述方法包括以下步骤：‑施加步骤，其向材料施加至少一个激光光束从而产生等离子体，所述等离子体能够发出光谱，所述光谱包括由材料的元素发出的多个谱线；‑测量步骤，其能够测量由所关注的元素发射的至少一个所关注的谱线的轮廓，所述测量步骤包括通过光谱仪对由等离子体发射的光谱实施至少一次分析；‑处理步骤，其能够在所关注的谱线的轮廓中标记出对应于平衡点的最佳波长；以及‑确定步骤，其根据所标记出的最佳波长而确定同位素比率。

技术领域

本发明涉及同位素测量的领域。

特别地，在核领域、环境领域以及地球科学和生命科学的领域进行同位素测量。

特别地，本发明涉及对于给定化学元素(下文中也将称为“元素”)的两个同位素之间的浓度比率的测量。

背景技术

同位素测量涉及确定材料的试样中化学元素的一个或更多个同位素的存在和/或浓度。

周期表的每个元素具有一个或更多个同位素，即给定元素的不同原子。给定元素的两个同位素具有相同数量的质子和电子，但具有不同数量的中子。

对于固体，最常见的同位素分析技术基于质谱分析，其能够向对应于给定元素的同位素的一个或更多个给定原子质量给出选择性的响应，所述响应的强度应当与同位素的丰度(浓度)成比例。

由此，对于固体而言最常见的技术为：质谱分析，其中试样被溶解(ICP-MS、TIMS)，被激光烧蚀(LA-ICP-MS)或者与辉光放电相关联(GD-MS)。还可以提及SIMS技术和RIMS技术，所述SIMS技术基于离子束对试样的轰击，所述RIMS技术涉及在炉中利用激光使试样蒸发并随后使产生的蒸气离子化。

在以上头两种技术所需的试样制备(其可能非常耗时)之外，所有这些技术的共同点在于，其均为实验室技术，需要难以小型化的庞大设备，并且难以在实验室之外实施，例如在工业规模上实施。不过这些技术能够给出非常精确的结果。

存在光学技术，但是其仅应用于气体，并且主要用于测量由轻元素组成的分子(H₂O、CO₂、和CH₄等)。其主要基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laserabsorption spectroscopy，TDLAS)，或者可能基于共振腔环路衰减光谱(cavity ring-down spectroscopy，CRDS)。

同样已知电感耦合等离子体发射光谱(inductively coupled plasma opticalemission spectrometry，ICP-OES)技术。高分辨率ICP-OES基本上不用于同位素分析，这是因为其比ICP-MS效率更低。

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)也可以用于同位素分析，特别是对于固体。

特别地，在Daniel L'HERMITE和Jean-Baptiste SIRVEN的公开于2015年6月10日的名为《Techniques de l’Ingénieur》的法国公开物第2870页的“LIBS:spectrométrie d'émission optique de plasma induit par laser”中描述了LIBS。

其原理为向材料的试样(或材料)的表面上聚焦激光脉冲，从而产生非稳态等离子体，通过光谱仪分析所述非稳态等离子体的发射光。通过收集等离子体的发射光并通过光谱仪分析光谱，能够基于发射谱线的数据库而识别等离子体中存在的元素，从而确定材料的组成。