新型铀同位素比测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及吸收光谱技术领域，特别是涉及一种新型铀同位素比测量装置及其方法。

背景技术

铀是自然界中能够找到的最为重要的核燃料，自然界中存在三种铀同位素(

鉴于铀材料对于国防和能源领域的重大意义，几十年来，人们一直在研究并发展能够快速准确测量

因此，发展一种具有便携快速、灵敏度高和远程操控即可进行铀同位素比测量的技术具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型铀同位素比测量装置及其方法，使光谱探测技术应用于铀同位素比的测量并使用差分技术进一步提高检测精度，具有巨大的技术优势和广阔的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种新型铀同位素比测量装置，主要包括第一探测激光器、第二探测激光器、合束镜、烧蚀激光器、分束镜、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集卡、工控机；

所述烧蚀激光器发出的烧蚀激光通过第二反射镜照射在烧蚀室的样品上激发等离子体，第一探测激光器发出激光通过第一偏振片，第二探测激光器发出激光先后通过第一反射镜及偏振片，两束激光由合束镜合束后通过等离子体，再由分束镜重新分束至第一光电探测器、第二光电探测器，数据采集卡采集第一光电探测器与第二光电探测器的信号至工控机。

在本发明一个较佳实施例中，所述烧蚀激光器采用脉冲激光器。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一探测激光器通过扫描波长在394.4850—394.4950nm范围内测量

在本发明一个较佳实施例中，所述第一探测激光器与第二探测激光器发出的激光分别通过第一偏振片、第一反射镜及第二偏振片形成垂直偏振光。

在本发明一个较佳实施例中，所述合束镜合束后的激光通过空间滤波器进行光束质量优化后，输入至烧蚀室。

进一步的，所述烧蚀室的进气端连接压力控制器，冲入缓冲气体,烧蚀室的出气端与真空泵连接，维持10Kpa压力环境。

进一步的，所述烧蚀室的下部设有三轴位移平台，三轴位移平台与工控机连接，实现烧蚀室空间位置可控，使激光水平穿过等离子体。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种新型铀同位素比测量方法，包括以下步骤：

S1：利用所述新型铀同位素比测量装置，通过比尔朗伯定律获得标准铀同位素比样品的

S2：利用差分法，将

S3：根据步骤S2得到的

S4：重复上述步骤，测量多组已知铀同位素比标样，根据多组数据

S5：利用所述新型铀同位素比测量装置，重复步骤S1至S3，对未知同位素比样品进行测量，获得待测样品

S6：将步骤S5得到的待测样品

本发明的有益效果是：

(1)本发明无需样品制备或仅需少量样品即可在现场进行同位素比测量，同时具有便携快速、灵敏度高和远程操控即可进行同位素比测量的特点；

(2)本发明提供了一种能够对

附图说明

图1是本发明所述新型铀同位素比测量装置一较佳实施例的结构示意图；

图2是所述新型铀同位素比测量方法的流程图；

图3是所述新型铀同位素比测量的定标曲线示意图。

附图中各部件的标记如下：1、第一探测激光器，2、第二探测激光器，3、烧蚀激光器，4、第一偏振片，5、第二偏振片，6、合束镜，7、分束镜，8、空间滤波器，9、烧蚀室，10、三轴位移平台，11、第一光电探测器，12、第二光电探测器，13、第一反射镜，14、第二反射镜，15、数据采集卡，16、工控机，17、压力控制器，18、真空泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种新型铀同位素比测量装置，主要包括第一探测激光器1、第二探测激光器2、合束镜6、第一偏振片4、第二偏振片5、第一反射镜13、烧蚀激光器3、第二反射镜14、分束镜7、第一光电探测器11、第二光电探测器12、数据采集卡15、工控机16。所述烧蚀激光器3发出的烧蚀激光通过第二反射镜14照射在烧蚀室9的样品上激发等离子体，第一探测激光器1发出激光通过第一偏振片4，第二探测激光器2发出激光先后通过第一反射镜13及第二偏振片5，两束激光由合束镜6合束后通过等离子体，再由分束镜7重新分束至第一光电探测器11、第二光电探测器12，数据采集卡15采集第一光电探测器11与第二光电探测器12的信号至工控机。

优选的，所述烧蚀激光器3采用1064nm高能量脉冲激光器，脉冲频率设置为5或10Hz，能量设置为50mJ，能量密度约为4J/cm

进一步的，所述合束镜6与烧蚀室9之间还连接有空间滤波器8，合束镜6合束后的激光通过空间滤波器8进行光束质量优化后，输入至烧蚀室9。

进一步的，所述烧蚀室9的进气端连接压力控制器17，冲入电离势能较高的氦气作为缓冲气体，减缓等离子体膨胀速度，也可冲入氮气、氩气等作为缓冲气体；烧蚀室9的出气端与真空泵18连接，维持10Kpa压力环境。所述烧蚀室9的下部还设有三轴位移平台10，三轴位移平台10与工控机16连接，实现烧蚀室9空间位置可控，使激光水平穿过等离子体。

优选的，所述数据采集卡15连接工控机16，使用10MHz高速采样率对信号进行采集。

该测量装置的光路原理为：设置第一探测激光器1与第二探测激光器2的工作电流与温度，使第一探测激光器1波长在394.4850—394.4950nm内扫描，第二探测激光器2波长固定在无铀原子吸收的394.5000nm处。第一探测激光器1的激光通过第一偏振片4，第二探测激光器2的激光由第一反射镜13发射后经过第二偏振片5，两束激光形成垂直偏振光，使用对偏振光具有高透过率与高反射率的合束镜6进行激光合束，合束后的激光通过烧蚀激光器3激发的等离子体，再由分束镜7重新分成两束探测激光，第一探测激光器1发出的激光输入第一光电探测器11，第二探测激光器2发出的激光输入第二光电探测器12，数据采集卡15采集第一光电探测器11与第二光电探测器12的信号，输入至工控机16，由工控机16将数据采集卡15采集到的光谱信号进行浓度反演，即可获取铀的同位素比。

参阅图2，本发明实施例还提供一种新型铀同位素比测量方法，包括以下步骤：

S1：利用所述新型铀同位素比测量装置，通过比尔朗伯定律获得标准铀同位素比样品的

S2：利用差分法，将

S3：根据步骤S2得到的

S4：重复上述步骤，测量多组已知铀同位素比标样，根据多组数据

S5：利用所述新型铀同位素比测量装置，重复步骤S1至S3，对未知同位素比样品进行测量，获得待测样品

S6：将步骤S5得到的待测样品

所述铀同位素比测量方法的原理如下：

痕量成分光谱探测的基本原理是比尔-朗伯(Beer-Lambert)吸收定律。测量时，激光通过待测样品，测量给定吸收路径上特定成分的吸收。直接吸收光谱的出射光强度It(ν)由Beer-Lambert定律表示为：

I

式中ν为激光的频率，α(v)为样品气体的吸收系数，用来表征某一种气态物质对一定波长的光的吸收情况，上式还可以表述为：

N为每cm

由上，可以通过对已知标准丰度样品扫描

C3＝C1-C2 (3)

由多组标准丰度样品的吸收谱线确定线性定标曲线，可通过定标曲线与未知丰度样品吸收谱线确定当前样品丰度。

本发明无需样品制备或仅需少量样品即可在现场进行同位素比测量，同时具有便携快速、灵敏度高和远程操控即可进行同位素比测量的特点。

本发明提供了一种能够对

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。