CN117054508A - 一种氢同位素产品测量用质谱计 - Google Patents
一种氢同位素产品测量用质谱计 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117054508A CN117054508A CN202210488510.2A CN202210488510A CN117054508A CN 117054508 A CN117054508 A CN 117054508A CN 202210488510 A CN202210488510 A CN 202210488510A CN 117054508 A CN117054508 A CN 117054508A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- measuring
- mass spectrometer
- hydrogen isotope
- detector
- ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 51
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 6
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 3
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
本发明属于同位素丰度测量技术领域，具体涉及一种氢同位素产品测量用质谱计。进样管、支撑气体管均与ECR离子源连接，ECR离子源引出的束流经磁分析器实现H+、D+、T+、C+、N+、O+六种信号的同时分离，多接收检测器用于测量离子信号强度，不同离子穿过能量吸收膜后损失能量不同，通过能量探测器对不同能量的离子进行甄别。本发明克服了现有技术中氢同位素丰度测量时分子离子干扰和无法分辨3He+和T+的缺点。
Description
技术领域
本发明属于同位素丰度测量技术领域，具体涉及一种氢同位素产品测量用质谱计。
背景技术
氢同位素是一种重要的核材料，氢以双原子分子的形式存在，形成六种同位素分子:H2、HD、D2、HT、DT、T2。现在多采用气体同位素质谱仪测量氢同位素丰度，离子源为电子轰击型(EI)，电子能量不足以使氢双原子结构破坏，电离产生六个氢同位素双原子分子离子：H2 +、HD+、D2 +、HT+、DT+、T2 +。采用低分辨质谱计测量氢同位素丰度时，无法解决分子离子的干扰问题，比如H2 +会干扰D+离子的测量，HD+会干扰T+离子的测量。需使用气相色谱的方法测定干扰分子离子的含量，然后进行校正；采用高分辨气体质谱仪时，虽可分辨分子离子，但大量的分子离子仍会造成测量过程复杂，同时现有的氢质谱仪均无法实现3He+和T+的分辨。
ECR离子源广泛用于加速器领域，可通过在离子源中添加适当比例的支撑气体，以提高单原子离子的产生比例。ECR质谱仪测量氢同位素时，主要产生H+、D+、T+、C+、N+、O+的单原子离子，以避免现有质谱测量过程的复杂，即一次测量即可完成丰度测定又可实现杂质含量测定。质谱仪后端安装能量分析器可实现3He+和T+的分辨。
发明内容
本发明克服了现有技术中氢同位素丰度测量时分子离子干扰和无法分辨3He+和T+的缺点，提出一种氢同位素产品测量用质谱计。在ECR离子源中添加支撑气体，可提高离子源的单电荷产生比例。磁分析器和多接收检测器设计可同时测定H+、D+、T+、C+、N+、O+的六种离子信号。能量分析器可实现3He+和T+的分辨。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种氢同位素产品测量用质谱计，进样管、支撑气体管均与ECR离子源连接，ECR离子源引出的束流经磁分析器实现H+、D+、T+、C+、N+、O+六种信号的同时分离，多接收检测器用于测量离子信号强度，不同离子穿过能量吸收膜后损失能量不同，通过能量探测器对不同能量的离子进行甄别。
磁分析器由一个电磁铁构成。
电磁铁电磁场强度在0-1T之间连续可调。
多接收检测器采用9路设计。
多接收检测器采用法拉第杯类型的检测器。
多接收检测器采用离子计数器类型的检测器。
能量吸收膜、能量探测器用于3He+和T+的分辨。
ECR离子源引出的束流在1nA-1mA的范围内，并且连续可调。
ECR离子源的微波频率在2-20GHz范围。
支撑气体管引入支撑气体确保产生单原子离子。
本发明所取得的有益效果为：
(1)离子源主要产生单原子离子，无需色谱、质谱联合测定，仪器结构简单；
(2)离子源电离效率高，无显著分馏效应影响，测量精度高；
(3)可同时测量氢同位素与杂质元素，适用于氢产品测量；
(4)质谱数据处理，计算简单；
(5)仪器设计、加工成本更低，适于商业生产；
(6)可以更小的成本，实现高分辨氢同位素质谱计同样甚至更好的效果。
附图说明
图1为一种氢同位素产品测量用质谱计；
图中：1-进样管；2-支撑气体管；3-ECR离子源；4-磁分析器；5-多接收检测器；6-能量吸收膜；7-能量探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的氢同位素产品用质谱计主要由ECR离子源、磁分析器、多接收检测器和能量分析器四部分组成。
(1)离子源采用ECR离子源设计，采用适当比例的支撑气体，确保产生且主要产生单原子离子；离子源引出的束流可在1nA-1mA的范围内，并且连续可调，ECR离子源的微波频率在2-20GHz范围。
(2)质量分析器采用磁分析器设计，用于不同核素的分离。磁分析器由一个电磁铁构成，电磁场强度在0-1T之间连续可调，磁场可实现H+、D+、T+、C+、N+、O+六种信号的同时分离；
(3)多接收检测器用于测量离子信号强度。检测器采用9路设计，可采用法拉第杯、离子计数器等类型的检测器，实现H+、D+、T+、C+、N+、O+等多种信号的测量；
(4)能量分析器用于3He+和T+的分辨，主要由能量吸收膜和能量探测器两部分构成，不同离子穿过能量吸收膜后损失能量不同，通过能量探测器对不同能量的离子进行甄别。
(5)未及事项，同传统质谱仪。
进样管1、支撑气体管2均与ECR离子源3连接，ECR离子源3引出的束流经磁分析器4实现H+、D+、T+、C+、N+、O+六种信号的同时分离，多接收检测器5用于测量离子信号强度，不同离子穿过能量吸收膜6后损失能量不同，通过能量探测器7对不同能量的离子进行甄别。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (10)
1.一种氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：进样管、支撑气体管均与ECR离子源连接，ECR离子源引出的束流经磁分析器实现H+、D+、T+、C+、N+、O+六种信号的同时分离，多接收检测器用于测量离子信号强度，不同离子穿过能量吸收膜后损失能量不同，通过能量探测器对不同能量的离子进行甄别。
2.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：磁分析器由一个电磁铁构成。
3.根据权利要求2所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：电磁铁电磁场强度在0-1T之间连续可调。
4.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：多接收检测器采用9路设计。
5.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：多接收检测器采用法拉第杯类型的检测器。
6.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：多接收检测器采用离子计数器类型的检测器。
7.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：能量吸收膜、能量探测器用于3He+和T+的分辨。
8.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：ECR离子源引出的束流在1nA-1mA的范围内，并且连续可调。
9.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：ECR离子源的微波频率在2-20GHz范围。
10.根据权利要求1所述的氢同位素产品测量用质谱计，其特征在于：支撑气体管引入支撑气体确保产生单原子离子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210488510.2A CN117054508A (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 一种氢同位素产品测量用质谱计 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210488510.2A CN117054508A (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 一种氢同位素产品测量用质谱计 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117054508A true CN117054508A (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=88657750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210488510.2A Pending CN117054508A (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 一种氢同位素产品测量用质谱计 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117054508A (zh) |
-
2022
- 2022-05-06 CN CN202210488510.2A patent/CN117054508A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Field et al. | Electron impact phenomena: and the properties of gaseous ions | |
| Zeuner et al. | Design of ion energy distributions by a broad beam ion source | |
| JPH02158047A (ja) | プラズマイオン源微量元素質量分析装置 | |
| Parkhomchuk et al. | Accelerator mass spectrometer of the center for collective use of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | |
| JP2021061226A (ja) | 無機質量分析計 | |
| CN109830423B (zh) | 一种加速器质谱测量方法和系统 | |
| Suter | Accelerator mass spectrometry: state of the art in 1990 | |
| CN111257253A (zh) | 电感耦合等离子体原子质谱和光谱的同时检测系统及方法 | |
| Franzke et al. | Schottky mass spectrometry at the experimental storage ring ESR | |
| Briom et al. | Electon spectroscopy using exeted atoms and photons of Penning ionization of the rare gases | |
| CN102280345A (zh) | 法拉第杯 | |
| Doğan et al. | A new national 1 MV AMS laboratory at TÜBİTAK MRC in Turkey | |
| CN117054508A (zh) | 一种氢同位素产品测量用质谱计 | |
| CN103745909B (zh) | 选择性离子筛除飞行时间质量分析器及其实现方法与应用 | |
| CN108493091B (zh) | 一种高电子利用率低能电离装置、质谱系统及方法 | |
| CN113156032B (zh) | 一种同时测量同位素丰度与杂质含量的质谱系统与方法 | |
| Woelfli et al. | Radioisotope dating with the ETHZ-EN-tandem accelerator | |
| CN113866258A (zh) | 一种正离子质谱14c测量方法及正离子质谱装置 | |
| Evans et al. | Mass-spectrometric study of the species present in rf discharges in CO2, CO and O2 | |
| Kilius et al. | Measurement of 10Be/9Be ratios using an electrostatic tandem accelerator | |
| CN201708125U (zh) | 法拉第杯 | |
| Carbonara | Surface analysis techniques for metallurgical applications | |
| Dibeler et al. | Mass-spectrometer study of the rare gases | |
| Welch et al. | A 40 keV cyclotron for radioisotope dating | |
| Lomsadze et al. | Inelastic processes in Na+-Ne, Na+-Ar, Ne+-Na, and Ar+-Na collisions in the energy range 0.5–14 keV |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |