一種用于絕緣體核材料中氧同位素的sims測量方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其過程為：將鈾氧化物微粒轉(zhuǎn)移到石墨碳片上，制備成樣品；對測量過程中需要用到的設(shè)備進行調(diào)試；測量鈾氧化物微粒的氧同位素，并計算18O/16O的比值；校正測量值并計算不確定度；更換標(biāo)樣并卸載程序。這樣，不需要進行樣品的化學(xué)處理，可直接進行測量，使得分析速度更快、樣品制備簡單、樣品用量也更??；同時SIMS具有微區(qū)分析和深度剖析的能力，可對樣品的不同區(qū)域和不同深度的地方進行氧同位素的測量；SIMS通過接收O-進行測量，不需要轉(zhuǎn)化CO2氣體再測量，減少了中間環(huán)節(jié)，減少了最后結(jié)果不確定度的引入因素，能夠滿足核法證學(xué)關(guān)于快速、準(zhǔn)確分析的特點。
【專利說明】—種用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氧同位素測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于絕緣體核材料中氧同位素的SMS測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國際防核擴散、反核恐及核保障形勢的發(fā)展，核安保已成為國際社會關(guān)注熱點。2010年和2012年召開核安全峰會，主要討論了有關(guān)國際防核擴散、反核恐等核安全問題。作為核材料信息特征診斷分析的方法——核法證學(xué)愈來愈受到各國政府及社會團體的重視。上世紀(jì)九十年代初，有關(guān)核材料非法交易的案例見諸報道。主要是由于前蘇聯(lián)解體后，導(dǎo)致核材料管理上的混亂，進而出現(xiàn)核燃料元件、核材料或放射性材料的流失和非法交易，使得核不擴散形勢變得十分嚴(yán)峻。核材料非法交易的出現(xiàn)，國際社會除了對傳統(tǒng)的核擴散擔(dān)心外，公眾還擔(dān)心恐怖分子可能利用核或放射性擴散裝置發(fā)動襲擊。自從第一宗截獲走私核材料案例以來，非法運輸核材料和放射性材料已經(jīng)倍受世人關(guān)注，非法核材料販運事件的總數(shù)呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢。為了對非法交易的核材料進行偵破，追溯其來源，加強管理，應(yīng)運而生了核法證學(xué)這門新興綜合性學(xué)科。
[0003]核法證學(xué)分析是從現(xiàn)場截獲核材料開始，通過核法證學(xué)確認的技術(shù)、方法進行樣品的主要成分等特征屬性的分析，并與數(shù)據(jù)庫的信息進行比對，追溯可疑樣品的來源、運輸途徑、追究涉案團體和個人，為案件的偵破和處理提供豐富的信息。特征屬性，一般包括放射性的類型、放射性活度、主要成分、同位素豐度、雜質(zhì)種類及含量、宏觀尺寸、微觀結(jié)構(gòu)等。有時通過常用的特征屬性不能準(zhǔn)確溯源，需要對更多的特征屬性進行分析，氧就是用于地理定位的一個主要特征元素。因為根據(jù)海水或者雨水中氧同位素的組成變化，不同地區(qū)由于地理位置的原因，造成了天然氧同位素在自然界中含量有微小的差別，差別大約是1%?5% ο
[0004]目前國外開展鈾氧化物中氧同位素比值的測量方法主要是氣體質(zhì)譜法、HMS方法和SIMS方法，而國內(nèi)只開展了氣體質(zhì)譜法測量鈾氧化物中氧同位素的方法。氣體質(zhì)譜法是常規(guī)、經(jīng)典的氧同位素測量方法。但是氣體質(zhì)譜法需要對樣品進行化學(xué)處理，過程復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)繁瑣，最后結(jié)果的不確定度很大，且不能對樣品進行分區(qū)測量。
[0005]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和試驗，引入了 SMS方法，最終獲得了本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于用以克服上述技術(shù)缺陷，提供一種用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于:提供一種用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，該方法包括以下步驟:
[0008]步驟a，將鈾氧化物微粒轉(zhuǎn)移到石墨碳片上，制備成樣品；[0009]步驟b，對測量過程中用到的設(shè)備進行調(diào)試；
[0010]步驟C，測量所述鈾氧化物微粒的氧同位素，并計算180/160的比值；
[0011]步驟d，校正測量值并計算不確定度；
[0012]所述步驟a具體為將所述鈾氧化物制成懸浮液，并用移液器取所述懸浮液滴于所述石墨碳片上，烘干，通過掃描電鏡和能量色散譜儀尋找和鑒別所述鈾氧化物微粒，使用微操作器的針轉(zhuǎn)移所述鈾氧化物微粒。
[0013]所述步驟c包括:
[0014]步驟Cl，尋找、定位所述鈾氧化物微粒:
[0015]確定所述鈾氧化物微粒的大概位置，使用一次離子束對該處進行轟擊，通過觀測二次離子信號O—的強度和圖像來確定所述鈾氧化物微粒的位置；
[0016]步驟c2，測量:
[0017]通過建立測量程序，進行質(zhì)量峰中心定位并運行分析程序來完成一個所述鈾氧化物微粒的氧同位素測量，然后對另外一個所述鈾氧化物微粒重復(fù)步驟Cl和c2進行測量，直至所有所述鈾氧化物微粒測量完畢；
[0018]步驟c3，180/160比值的計算:
[0019]利用測量的所述鈾氧化物微粒的氧同位素數(shù)據(jù)計算出180/160的比值。
[0020]所述步驟b中調(diào)試的設(shè)備為SIMS質(zhì)譜儀，調(diào)試過程為:
[0021]步驟bl，裝樣:
[0022]將Si/Ta標(biāo)樣或所述待測量樣品裝入SIMS質(zhì)譜儀的樣品室中；
[0023]步驟b2，樣品室和光路的清洗:
[0024]使用高純N2氣對所述樣品室、一次光路管道和二次光路管道進行沖洗2-3次；
[0025]步驟b3，加測量程序:
[0026]根據(jù)測量對象、測量條件參數(shù)，預(yù)先設(shè)定一次離子加速電壓、二次離子加速電壓和離子源133Cs+的升溫速率參數(shù)，并加載程序；
[0027]步驟b4，離子源預(yù)熱:
[0028]加載程序后，預(yù)熱離子源并穩(wěn)定半小時；
[0029]步驟b5，二次光路調(diào)節(jié)；
[0030]步驟b6，一次光路調(diào)節(jié)；
[0031]步驟b7,換待測量樣品:
[0032]光路調(diào)節(jié)完成后，將Si/Ta標(biāo)樣替換為待測量樣品。
[0033]所述步驟d中，所述校正測量值的過程為用所述SMS質(zhì)譜儀測量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的180/160比值，計算得到校正系數(shù)k，再利用k值對所述待測量樣品中180/160比值的測量結(jié)果進行校正；
[0034]其中，校正系數(shù)k的計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟a，將鈾氧化物微粒轉(zhuǎn)移到石墨碳片上，制備成樣品； 步驟b，對測量過程中用到的設(shè)備進行調(diào)試； 步驟C，測量所述鈾氧化物微粒的氧同位素，并計算180/160的比值； 步驟d，校正測量值并計算不確定度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟c包括: 步驟cl,尋找、定位鈾氧化物微粒: 確定所述鈾氧化物微粒的大概位置，使用一次離子束對該處進行轟擊，通過觀測二次離子信號O—的強度和圖像來確定所述鈾氧化物微粒的位置； 步驟c2，測量鈾氧化物微粒: 通過建立測量程序，進行質(zhì)量峰中心定位并運行分析程序來完成一個所述鈾氧化物微粒的氧同位素測量，然后對另外一個所述鈾氧化物微粒重復(fù)步驟Cl和c2進行測量，直至所有所述鈾氧化物微粒測量完畢； 步驟c3，180/160比值的計算: 利用測量的所述鈾氧化物微粒的氧同位素數(shù)據(jù)計算出180/160的比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟b中調(diào)試的設(shè)備為SIMS質(zhì)譜儀，調(diào)試過程為: 步驟bl,裝樣: 將Si/Ta標(biāo)樣或所述待測量樣品裝入SIMS質(zhì)譜儀的樣品室中； 步驟b2，樣品室和光路的清洗: 使用高純N2氣對所述樣品室、一次光路管道和二次光路管道進行沖洗2-3次； 步驟b3，加測量程序: 根據(jù)測量對象、測量條件參數(shù)，預(yù)先設(shè)定一次離子加速電壓、二次離子加速電壓和離子源133Cs+的升溫速率參數(shù)，并加載程序； 步驟b4，離子源預(yù)熱: 加載程序后，預(yù)熱離子源并穩(wěn)定半小時； 步驟b5，二次光路調(diào)節(jié)； 步驟b6，一次光路調(diào)節(jié)； 步驟b7，換待測量樣品: 光路調(diào)節(jié)完成后，將Si/Ta標(biāo)樣替換為待測量樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟d中，所述校正測量值的過程為先用所述SIMS質(zhì)譜儀測量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的180/160比值，計算得到校正系數(shù)k，再利用k值對所述待測量樣品中180/160比值的測量結(jié)果進行校正； 其中，校正系數(shù)k的計算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟a中所述微粒轉(zhuǎn)移的詳細過程為: 取所述鈾氧化物粉末0.5mg，放置于聚乙烯瓶中，加入環(huán)己烷溶液，制成懸浮液；在100°C的情況下，使用移液器取懸浮液滴于所述石墨碳片上；使用電熱板在350°C上對所述石墨碳片加熱35min，冷卻后，放入掃描電鏡中，通過背散射模式進行亮度篩選找出所述鈾氧化物微粒并用能譜分析識別所述鈾氧化物微粒，使用微操作器的針挑起該鈾氧化物微粒，轉(zhuǎn)移到另外一個石墨碳片上的銅網(wǎng)網(wǎng)格內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟bl的過程為: 將所述Si/Ta標(biāo)樣或待測量樣品用鑷子夾取放置在樣品架內(nèi)，將所述樣品架放入到所述SMS質(zhì)譜儀的預(yù)抽室中，進行預(yù)抽氣；真空度達到10_6mbar以后，打開所述預(yù)抽室和所述樣品室之間的閥門，用螺旋桿卡住所述樣品架，輸送到所述樣品室，關(guān)閉閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟b5的過程為: 所述Si/Ta標(biāo)樣放進樣品室，打開一次離子開關(guān)，拉出一次離子束，轟擊所述Si/Ta標(biāo)樣的Al網(wǎng)格，在掃描范圍raster為500um的視野范圍內(nèi)，共顯示直徑為10個網(wǎng)格的圓形圖像；調(diào)節(jié)trl、tr2和imm三個按鈕,使所述圖像清晰。按下image zoom按鈕,調(diào)整zoom旋鈕，縮放所述圖像的大小，zoom數(shù)字從I到5，觀察大小所述圖像的中心是否同軸，如果中心不同軸，調(diào)整Χ、y方向的旋鈕，使中心同軸；然后在zoom數(shù)字為5時，圖像模式image zoom和slit zoom兩種模式下所述圖像的中心是否同軸,如果不同軸,按下pr2按鈕的情況下，調(diào)節(jié)X、Y方向的旋鈕，使中心同軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟b6的過程為: Raster設(shè)為O μ m，首先調(diào)節(jié)L4透鏡的同軸，調(diào)節(jié)X、Y方向的旋鈕和L4透鏡上的機械旋鈕，使實像和虛像兩個圖像中心重合，如果實像和虛像兩個圖像形狀不一致，按下stigm按鈕，調(diào)節(jié)X、Y方向的旋鈕，使兩個圖像形狀一致； 調(diào)節(jié)L3透鏡，調(diào)節(jié)X、Y方向的旋鈕，使實像和虛像兩個圖像中心重合；調(diào)節(jié)L2透鏡，調(diào)節(jié)X、Y方向的旋鈕，使實像和虛像兩個圖像中心重合。如果兩個圖像的明暗程度不一致，按下B field按鈕，調(diào)節(jié)X旋鈕，使明暗程度一致； 調(diào)節(jié)LI透鏡，調(diào)節(jié)X、Y方向的旋鈕，使實像和虛像兩個圖像中心重合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，所述步驟b7的過程為: 打開所述樣品室和所述預(yù)抽室的閥門，使用所述螺旋桿卡住裝有所述Si/Ta標(biāo)樣的樣品架，拉回到所述預(yù)抽室，所述螺旋桿上換上裝有所述待測量樣品的樣品架，送入到所述樣品室。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一所述的用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測量方法，其特征在于，該方法還包括: 步驟e，更換標(biāo)樣并卸載程序: 測量完成后，需要換回調(diào)節(jié)光路時的所述Si/Ta標(biāo)樣，然后打開離子源，在看到光路的情況下，進行卸載 程序。
【文檔編號】G01N27/62GK103995043SQ201410137444
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】王同興, 張燕, 張生棟, 趙永剛, 沈彥, 姜小燕, 鹿捷 申請人:中國原子能科學(xué)研究院