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近代物理所在顆粒材料激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析技術(shù)方面獲進展

  

  加速器驅(qū)動先進核能系統(tǒng)(ADANES, Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)是中國科學(xué)院近代物理研究所在“未來先進核裂變能-ADS嬗變系統(tǒng)”先導(dǎo)專項實施過程中原創(chuàng)提出的一種先進核能系統(tǒng)。在ADANES系統(tǒng)的運行中,采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS,Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)技術(shù)實現(xiàn)各功能環(huán)節(jié)核燃料的原位實時定量檢測,對各機組的實時控制和優(yōu)化運行尤其重要。LIBS技術(shù)拓展應(yīng)用到ADANES系統(tǒng),由于面對的核燃料是以微顆粒松散堆積的形態(tài)存在,勢必會引入與粒徑相關(guān)的未知基體效應(yīng)。 

  近期,近代物理所科研人員和合作者利用自主搭建的顆粒LIBS實驗裝置,以銅微顆材料為例,開展了微顆粒材料的LIBS信號隨粒徑和激光通量的變化趨勢研究。 

  研究發(fā)現(xiàn),粒徑對LIBS信號質(zhì)量的影響(簡稱粒徑效應(yīng))充分依賴于激光通量,且在限定的激光通量范圍內(nèi)可忽略;存在一臨界粒徑,當(dāng)粒徑超過和低于該臨界值時,粒徑效應(yīng)遵循了截然不同的行為??蒲腥藛T將微顆粒材料看作具有非牛頓流體性質(zhì)的一類軟物質(zhì),很好的解釋了上述實驗觀察。 

  本研究識別了一類源于粒徑依賴的材料力學(xué)性質(zhì)的新基體效應(yīng),刷新了人們對顆粒材料LIBS分析技術(shù)的認(rèn)識;研究結(jié)果為下一步構(gòu)建原位分析顆粒材料的LIBS樣機提供了重要的參考數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。 

  相關(guān)成果發(fā)表在國際光譜學(xué)領(lǐng)域Journal of Analytical Atomic Spectrometry和國際物理應(yīng)用領(lǐng)域Physical Review Applied期刊。研究工作得到了先進能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室和國家重點研發(fā)計劃(No. 2017YFA0402300)的支持。 

  文章鏈接:https://doi.org/10.1039/D1JA00115A  

       https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.024017 

   

  1:銅原子的發(fā)射譜線強度隨激光通量的演化關(guān)系(李亞舉/圖) 

    

  2:銅原子的發(fā)射譜線強度隨顆粒粒徑的演化關(guān)系(李小龍/圖) 

  (原子分子結(jié)構(gòu)與動力學(xué)室  供稿