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近期，中國科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心與東江實(shí)驗(yàn)室的科研人員利用自主研制的激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS，Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）實(shí)驗(yàn)裝置開展了粉末材料LIBS信號隨堆積密度和堆積厚度的變化趨勢研究并取得階段性進(jìn)展，相關(guān)科研成果發(fā)表在國際光譜學(xué)領(lǐng)域的?Journal of Analytical Atomic Spectrometry?期刊上。

加速器驅(qū)動先進(jìn)核能系統(tǒng)(ADANES, Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)是中國科學(xué)院近代物理研究所原創(chuàng)性提出的新一代核裂變能系統(tǒng)。?在ADANES的運(yùn)行中,?采用LIBS技術(shù)實(shí)現(xiàn)乏燃料分離和燃料再生環(huán)節(jié)中燃料組分的非接觸式原位在線檢測,?對各機(jī)組的過程控制和優(yōu)化運(yùn)行尤其重要。由于待測燃料是以粉末形態(tài)存在，勢必會引入源于粒徑、堆積密度、堆積厚度這三類關(guān)鍵粉末參數(shù)的復(fù)雜物理基體效應(yīng)。

科研人員成功揭示源于粒徑參數(shù)的基體效應(yīng)規(guī)律之后（J. Anal. At. Spectrom., 2021, 36, 1969；Phys. Rev. Applied, 2021,16, 024017），進(jìn)一步開展粉末材料LIBS信號隨堆積密度和堆積厚度的變化趨勢研究。堆積密度實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)（見圖1）：LIBS信號中的原子線強(qiáng)度敏感依賴于堆積密度（堆密度越大，線強(qiáng)度越大），然而離子線強(qiáng)度一直趨于恒定。堆積厚度實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)（見圖2）：堆積厚度小于某一閾值時，LIBS信號中的原子/離子線強(qiáng)度均敏感依賴于堆積厚度（堆厚度越大，線強(qiáng)度越小）；堆積厚度超過該閾值后，線強(qiáng)度趨于恒定?？蒲腥藛T通過分析激光與粉末材料表面相互作用以及激光等離子體的產(chǎn)生與演化動力學(xué)過程驗(yàn)證了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

該項(xiàng)研究標(biāo)志著科研人員在推進(jìn)用于ADANES中的乏燃料組分在線檢測技術(shù)研發(fā)方面取得了階段性進(jìn)展，即完成了對影響該技術(shù)分析性能的關(guān)鍵物理基體效應(yīng)規(guī)律的系統(tǒng)性理解，并為下一步研制出性能優(yōu)良的在線檢測設(shè)備提供了相對完備的物理支撐。

該研究工作得到了先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D4JA00213J

https://doi.org/10.1039/D2JA00380E

圖1:原子/離子譜線強(qiáng)度隨粉末堆積密度的演化關(guān)系，其中 （龔書航/圖）

圖2:原子譜線強(qiáng)度隨粉末堆積厚度的演化關(guān)系（李亞舉/圖）

（原子物理中心? 供稿）