能同时检测正负离子的激光离子源质谱计

本文介绍一台能够同时检测激光等离子体中的正负离子的飞行时间质谱仪,它不仅具有较高的分析测试效率,而且能够研究激光等离子体中正负离子在组分、丰度等方面的相关性.初步测试显示了该仪器对正负离子都具有很高的灵敏度和质量分辨能力.

脉冲激光离子源飞行时间质谱计的研制

以高能量密度的激光作用于固体样品表面,产生高温等离子体,以飞行时间质谱计对其进行质谱分析,是近年来发展较快的分析手段之一,具有灵敏度高,分析速度快,分析范围广,样品损耗少,可进行微区分析等优点。本文介绍了本研究小组自行设计与研制的脉冲激光离子源飞行时间质谱计的原理、构造及其初步测试结果。

激光离子源射频离子阱质谱计的研制

介绍了自制的激光离子源射频离子阱质谱计的原理、构造、工作方式与主要技术参数。该仪器以激光溅射方式在离子阱外产生离子，并向阱内注入缓冲气体，可以囚禁离子并进行质量分析。仪器控制及数据采集与处理完全由微机完成。给出了仪器的初步运行结果。

强流激光离子源中的等离子体参数诊断

强流激光离子源是最有希望为重离子聚变直线感应加速器提供离子的离子源之一。离子源内等离子体决定了离子源性能和引出品质,为了了解强流激光离子源内等离子体参数,采用发射光谱和ICCD成像的方法对该离子源中的等离子体进行了诊断。该离子源由一台四倍频的266nm Nd:YAG激光器和Cu靶组成,激光束经过透镜聚焦后照射在Cu靶上产生等离子体,激光打靶能量密度约为108 W/cm2,持续时间15ns。ICCD相机拍摄了激光照射后等离子体的膨胀过程,初始时刻等离子体垂直表面喷射,膨胀速度约为1cm/μs。光谱仪测量了离子发射光谱,谱线主要由Cu原子的CuⅠ谱线和Cu+离子的CuⅡ谱线组成。采用Boltzmann图法得到膨胀等离子体电子激发温度约为1eV,采用Stark展宽法得到电子密度约为1016 cm-3。

自制激光离子源射频离子阱质谱仪性能的测试

自行研制了一台配置了激光离子源的射频离子阱质谱仪 ,并测试了该仪器的一些主要功能 .测试结果显示 :该仪器不仅能记录激光产生的正负离子的质谱 ,而且能实现离子质量选择存储和囚禁离子的共振射出 .测试结果与理论模拟的结果基本一致 .

脉冲激光离子源飞行时间质谱计的设计与研制

目前国内外的飞行时间质谱计，大多采用双电场加速的方式改善其质谱分辨率。通过较详尽的计算，讨论了双电场飞行时间质谱计中各参数对质谱分辨率和灵敏度的影响及其选择的方向，并在此基础上选定了仪器的主要参量，为飞行时间质谱计的设计与改进提供了依据。还介绍了在此基础上设计与建立的脉冲激光离子源飞行时间质谱计。

常压激光离子源辅助基质的研究进展及其在食品领域的应用

基于激光的电离质谱具有空间分辨率高、样品预处理简单、易于便携化和可实现成像分析等特点。基质辅助的激光离子源质谱可以避免高能量对分子结构的破坏,在生物大分子分析和检测方面获得了广泛应用。传统辅助基质在低分子量范围的干扰较强,极大地限制了常压基质辅助激光离子源的应用,为解决这一问题,一系列基于新型材料的辅助基质被设计和开发出来。这些新型材料可分为两大类:新型有机基质和无机材料。质量范围的扩展和目标化合物灵敏度的增强,显著扩展了常压基质辅助激光离子化技术在原位分析中的应用。该文针对新型辅助基质在常压激光离子源及其在食品安全领域的应用进行了综述,并展望了未来的研究趋势。

液体薄膜靶在激光驱动辐射源和激光离子加速中的应用

流动的无支撑液体薄膜在各个领域有着广泛应用。超强激光作用在这样的薄膜上,可产生涵盖太赫兹到伽马射线的高亮度次级辐射及高能的离子,并具有高重频、低成本、可连续工作等显著优势。概述了液体薄膜靶的制备和表征方法,阐明了液体薄膜靶相对于传统靶材的特性和优势,并对其在激光驱动辐射源和激光离子加速中的应用做出了总结和展望。

激光离子源结构设计

一、简介激光质谱学是在质谱仪上配上激光离子源并进行质谱学方面的研究。在国外,从七十年代末以来,激光质谱学已有很大的发展。我国重点大学利用世界银行贷款引进的质谱仪基本上都是英国VG公司的ZAB—HS高分辨色谱—质谱联用仪,解决在这台仪器上进行激光质谱学的研究问题是很有意义的。我参加的“用激光质谱法对固体作无需标样定量分析的机理研究”课题中担负了激光离子源的结构设计任务,进行了一些摸索,积累了一点经验。

激光离子加速研究与应用展望

激光离子加速是近年来激光等离子体领域兴起的研究热点之一。激光产生的高能离子束具有高亮度、小尺寸、脉宽窄和方向性好等特点,具有很多潜在的应用。概述了几种常见的激光离子加速物理机制,对一系列激光离子加速实验进展进行了归纳总结,最后介绍了几种激光驱动离子束的潜在应用。

用于超高真空测量的激光离子化压力测量法

用于超高真空测量的激光离子化压力测量法国分清秀近年来，应用固体的表面或界面开发新材料及电子器件的动向是很明显的。而另一方面半导体器件正在加速地进行小型化。在此情况下，象扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）等那样，出现了能将单个原子或分子从表面上取出或置入的技术。...

TC4钛合金激光深熔焊等离子体羽流喷发过程研究

在激光深熔焊过程中,等离子体羽流的喷发过程作为等离子体振荡的关键阶段,与熔池小孔行为密切相关,而小孔的行为又决定着焊缝成形及焊接质量.由于等离子体喷发过程具有很强的随机性,通过检测该过程的热力学基础参数,可以更好地监测焊接过程.本文利用无源双探针检测装置与高速摄像组成的多源光电信号同步检测系统,对钛合金在激光焊接过程中的等离子体羽流喷发行为进行分析.结果表明:等离子体喷发过程分为初期、中期和后期3个阶段;在喷发初期,激光功率在1200~1500W时,等离子体喷发速度最高超过100 m/s,最低小于10 m/s,随功率增加喷发速度分布范围呈减小趋势,概率最大的喷发速度也随之减小;在喷发中期,根据等离子体喷发经过双探针时间差之比的k值来衡量喷发过程中温度变化程度,发现两探针检测等离子体相同温度的时间差是初始阶段等离子体流经两探针时间差的3倍及以上;在喷发后期,两探针电信号波形到达极小值点时间差值的正负可用来判断等离子体喷发的剧烈程度,差值为负时等离子体喷发剧烈,反之等离子喷发较弱.

激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱法同时测定锆石U-Pb年龄和微量元素含量

激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱(LA-SF-ICP-MS)具有高灵敏度特征,被广泛应用于锆石等含U矿物原位微区U-Pb定年研究,但磁偏转式质量分析器的使用导致该质谱仪扫描速度相对较慢,可能影响U-Pb同位素与其他关键微量元素的同时采集。本文通过优化仪器信号稳定性和实验方法,对目前常用的7种锆石U-Pb标准样品进行U-Pb定年和Ti、REEs、Hf等关键元素同时定量分析,探讨了多元素同时分析方法的可行性及对于U-Pb定年结果的影响。实验结果表明,相对于LA-SF-ICP-MS仅检测U-Pb同位素方法,同时开展多元素含量检测可能会使U-Pb同位素信号强度稳定性下降,导致单点U-Pb年龄结果误差及离散程度增大。与仅测定U-Pb同位素年龄的测定结果相比较,根据不同锆石样品中U-Pb同位素含量高低,多元素同时检测获得分析点的206Pb/238U年龄和207Pb/235U年龄变化范围不同程度地增大,其中207Pb/235U年龄受影响明显,单点207Pb/235U年龄误差从~1.5%增大至~2.0%,单点年龄的相对标准偏差(RSD)从0.5%~1.3%增大至1.2%~3.3%。尽管如此,多元素同时检测方法对于各样品最终测定年龄没有明显的影响,相对于TIMS年龄,各样品的谐和年龄和206Pb/238U加权平均年龄偏差分别小于1.0%和0.7%,完全满足U-Pb同位素地质年代学测试要求。同时测定锆石样品中的关键微量元素含与其推荐值相对误差小于10%。因此,采用LA-SF-ICP-MS可以同时准确地测定锆石U-Pb年龄和微量元素含量,该方法亦可用于其他副矿物U-Pb年龄与关键微量元素同时测定。

激光维持等离子体多物理场耦合模型与仿真

激光维持等离子体作为一种光照强度高、光谱范围宽、发光稳定的新型辐射光源,在光学检测(半导体晶圆检测)等领域具有重要的应用价值.本文回顾了激光维持等离子体研究的发展历程,介绍了其基本物理过程及数学描述方程,建立了基于多物理场耦合的二维流体模型.利用该模型研究了激光在等离子体中的传播过程,探讨了激光维持等离子体的初始演化过程、能量注入机制、稳态特性及不稳定性等关键问题.通过与高气压氙气等离子体实验结果对比,确定了仿真模型的有效性.相关仿真结果有助于深入理解激光维持等离子体的底层物理机制,为实现光源系统设计、多参数优化提供理论依据.

脉冲激光沉积过程中TiO_(2)等离子体状态诊断及薄膜特性的研究

脉冲激光沉积技术由于具有较高的沉积速率和良好的兼容性,已广泛应用于各种纳米薄膜材料的制备.探究激光等离子体状态与沉积薄膜特性之间的关系,有助于进一步调控与优化脉冲激光技术对薄膜材料的沉积.本文将等离子体状态诊断与沉积薄膜性能相结合,讨论了不同脉冲激光能量下等离子体状态对沉积薄膜性能的影响.结果表明,低烧蚀能量下产生的等离子体更有助于获得质地更好,且与靶材晶相一致的优良薄膜材料.该结果也为探索和调控沉积过程提供参考.

不同气压下银纳米粒子增强激光诱导等离子体信号

基于激光诱导击穿光谱技术实现带电检测真空开关真空度亦成为趋势,该技术可以达到10^(-3)Pa的检测能力。然而,现有激光诱导击穿光谱技术(LIBS)存在检测限较高、灵敏度较低等问题,因此提出一种基于金属纳米粒子的增强技术来提高真空开关真空度带电检测精度。通过在样品表面涂覆银纳米粒子层,降低激光击穿阈值,提升信号谱线强度。研究了不同气压下激光诱导等离子体信号随延迟时间以及试剂浓度的变化规律,研究结果表明,银纳米粒子在常气压下对信号增强可达1~2个数量级,且浓度越高,增强效果越好。在低气压下,银纳米粒子的信号增强达到1~2倍,随着气压降低,增强倍数先增大后减小,且等离子体被激发时间早于大气压下。银纳米粒子对背景噪声辐射强度没有显著影响,因此使用银纳米粒子可以有效提高等离子体信号的信噪比,对真空开关真空度带电检测起到一定优化作用。

共轴双脉冲激光诱导击穿光谱等离子体辐射信号的增强机制

双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和二维轴对称流体动力学的理论模型,并用它模拟了单脉冲LIBS和共轴双脉冲DP-LIBS激发条件下激光烧蚀铝镁合金产生等离子体及其辐照度的时空演化过程,对比了不同脉冲间隔下谱线强度的增强效果,分析了等离子体温度、各类粒子数密度的空间分布结构以及等离子体的屏蔽效应,并由此阐释了DP-LIBS的光谱信号增强机制。结果表明,共轴DP-LIBS诱导等离子体辐射信号的增强主要源于第二束激光增加了粒子数密度和等离子体温度,而等离子体的屏蔽效应主要出现在靶材表面的羽流层。这一研究为DP-LIBS实验研究和信号增强溯源提供了重要的理论基础,也能够帮助科研人员快速准确地优化DP-LIBS实验装置参数。

基于激光等离子体产生的轫致辐射源实现同核异能素^(152m)Eu的高效激发

同核异能素在宇宙元素合成中发挥着重要作用,并且在控制核能释放方面有潜在的应用。其中,铕(Eu)在现实中有重要的研究意义,例如152Eu被用来做放射性实验的标准源,并且其同核异能态^(152m1)Eu有73%的概率发生β-衰变产生天体p核素钆(^(152)Gd),因此^(152m1)Eu是产生天体p核素^(152)Gd过程中的重要核素。在本工作中,基于激光等离子体产生的轫致辐射源,我们在实验上实现了^(152m1)Eu(45.6 keV,T_(1/2)=9.31 h)的高效激发,其产额能达到8×10^(4)个粒子/发。此外,进一步通过Geant4-GENBOD程序数值模拟了^(152m1,m2)Eu的产额、产生时间以及峰值激发效率随电子温度的演化情况。研究发现,在入射电子电荷量固定为17.6 nC,且当电子温度达到15 MeV时,^(152m1)Eu和^(152m2)Eu的产额趋于饱和,分别为8×10^(6)和2×10^(5)个粒子/发;^(152m1)Eu和^(152m2)Eu的峰值激发效率分别有望达到约10^(17)和10^(16)个粒子/s,其中^(152m1)Eu和^(152m2)Eu的脉宽几乎不变,均为32 ps。超短超强激光技术能够极大提高同核异能素的激发效率,这将为研究宇宙元素合成问题以及控制核能释放应用研究提供一个重要的研究途径。