近代物理所在研发颗粒材料激光诱导击穿光谱分析技术方面获进展

  

  加速器驱动先进核能系统(ADANES, Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)是中国科学院近代物理研究所在“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”先导专项实施过程中原创提出的一种先进核能系统。在ADANES系统的运行中,采用激光诱导击穿光谱(LIBS,Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)技术实现各功能环节核燃料的原位实时定量检测,对各机组的实时控制和优化运行尤其重要。LIBS技术拓展应用到ADANES系统,由于面对的核燃料是以微颗粒松散堆积的形态存在,势必会引入与粒径相关的未知基体效应。 

  近期,近代物理所科研人员和合作者利用自主搭建的颗粒LIBS实验装置,以铜微颗材料为例,开展了微颗粒材料的LIBS信号随粒径和激光通量的变化趋势研究。 

  研究发现,粒径对LIBS信号质量的影响(简称粒径效应)充分依赖于激光通量,且在限定的激光通量范围内可忽略;存在一临界粒径,当粒径超过和低于该临界值时,粒径效应遵循了截然不同的行为。科研人员将微颗粒材料看作具有非牛顿流体性质的一类软物质,很好的解释了上述实验观察。 

  本研究识别了一类源于粒径依赖的材料力学性质的新基体效应,刷新了人们对颗粒材料LIBS分析技术的认识;研究结果为下一步构建原位分析颗粒材料的LIBS样机提供了重要的参考数据和科学依据。 

  相关成果发表在国际光谱学领域Journal of Analytical Atomic Spectrometry和国际物理应用领域Physical Review Applied期刊。研究工作得到了先进能源科学与技术广东省实验室和国家重点研发计划(No. 2017YFA0402300)的支持。 

  文章链接:https://doi.org/10.1039/D1JA00115A  

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

   

  1:铜原子的发射谱线强度随激光通量的演化关系(李亚举/图) 

    

  2:铜原子的发射谱线强度随颗粒粒径的演化关系(李小龙/图) 

  (原子分子结构与动力学室  供稿