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颗粒材料激光诱导击穿光谱分析技术研究获进展

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”战略性先导科技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。
近日,近代物理所与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,较好地解释了上述实验观察。
该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;该研究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Journal of Analytical Atomic Spectrometry、Physical Review Applied上。研究工作得到先进能源科学与技术广东省实验室、国家重点研发计划的支持。

图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)
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)
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