低能量下用于AMS測(cè)定36CI的充氣飛行時(shí)間探測(cè)方法研究.pdf

1、加速器質(zhì)譜技術(shù)（AcceleratorMassSpectrometry，簡(jiǎn)稱AMS）是一種基于加速器和離子探測(cè)技術(shù)的超靈敏質(zhì)譜技術(shù)，主要應(yīng)用于自然界中超痕量長(zhǎng)壽命放射性核素的測(cè)量。從上世紀(jì)70年代末AMS興起到現(xiàn)在，AMS技術(shù)得到了極快的發(fā)展，AMS可測(cè)量的核素在不斷增加，目前AMS的小型化及多核素測(cè)量已成為當(dāng)今AMS裝置發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。36C1是一種半衰期為3.01×105a的長(zhǎng)壽命放射性核素，廣泛的應(yīng)用于地下水定年和第四紀(jì)研究中

2、。AMS測(cè)定36C1的難點(diǎn)在于其同量異位素36S的干擾，如果離子入射能量較低，則使得同量異位素離子之間在氣體介質(zhì)中的能量差別較小而能量崎離較大，所以對(duì)于小型AMS系統(tǒng)36C1和36S的鑒別存在很大困難。充氣飛行時(shí)間（gas-filledtimeofflight，簡(jiǎn)稱GF-TOF）探測(cè)方法是一種新的用于AMS測(cè)量的同量異位素鑒別方法，它綜合了電離室能量測(cè)量和充氣飛行時(shí)間探測(cè)器時(shí)間測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，很有希望在離子入射能量較低時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)36C1的測(cè)量

3、。本文介紹了GF-TOF探測(cè)系統(tǒng)的基本原理、結(jié)構(gòu)及其用于測(cè)定36C1開展的工作和所取得的結(jié)果。
　　 GF-TOF探測(cè)系統(tǒng)主要由起始時(shí)間探測(cè)器(微通道板，簡(jiǎn)稱MCP)、終止時(shí)間探測(cè)器(金硅面壘半導(dǎo)體探測(cè)器，簡(jiǎn)稱SBD)和充氣室（可同時(shí)做為△E-E多陽(yáng)極電離室使用）組成。本文在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)GF-TOF探測(cè)器進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，主要包括：1）MCP的優(yōu)化；2)選用100nm的Si3N4膜作為充氣室的入射窗。使用241Amα源對(duì)

4、GF-TOF探測(cè)器進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)SBD對(duì)241Amα粒子的能量分辨率為1.6％，上升時(shí)間大約為20ns。對(duì)于充氣室，充46mbar丙烷氣體使241Amα粒子完全阻止在靈敏體積內(nèi)，經(jīng)過一個(gè)長(zhǎng)度為2cm的準(zhǔn)直器(準(zhǔn)直孔的直徑為1.5mm)準(zhǔn)直后，充氣室中△E1，△E2和ET的能量分辨率分別為5％，8.5％和4.6％。在中國(guó)原子能科學(xué)研究院串列加速器的AMS管道上用32.11MeV的36S和36C1離子對(duì)GF-TOF系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，充氣飛行距

5、離為450mm，得到真空下系統(tǒng)的時(shí)間分辨(FWHM)為1.3ns；當(dāng)給充氣室充5mbar的丙烷氣體時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間分辨(FWHM)為2.4ns。實(shí)驗(yàn)中通過與△E-E多陽(yáng)極電離室的比較，表明充氣飛行時(shí)間方法在離子能量較低時(shí)比△E-E多陽(yáng)極電離室能夠更有效地鑒別同量異位素。
　　 本論文的主要工作是對(duì)一種同量異位素鑒別技術(shù)——GF-TOF探測(cè)方法的發(fā)展。本人在論文中的主要工作為：負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建立起GF-TOF探測(cè)系統(tǒng)；完成對(duì)GF-TOF探