用于通過激光誘導等離子體光譜來分析表面層的成分并進行采樣以執(zhí)行互補分析的系統(tǒng) ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過LIBS (laser-1nduced breakdownspectroscopy，激光誘導擊穿光譜)對材料表面層的成分進行分析，并且能夠?qū)υ摫砻鎸拥拇硇粤Ｗ舆M行采樣，從而對該表面層進行附加的定性或定量分析，或進行檢查。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠通過LIBS對材料的表面污染(surfacecontaminat1n)進行分析并且能夠?qū)υ撐廴具M行檢查的系統(tǒng)。
[0003]該系統(tǒng)具體用于對材料的表面化學污染進行分析和檢查，但更具體地用于對材料的表面放射性污染進行分析和檢查，尤其是出于對車間、建筑物以及更普遍地核設(shè)備進行放射性研究的目的，具體用于對它們在凈化和/或拆除之前或凈化之后的放射性狀態(tài)進行繪制。
【背景技術(shù)】
[0004]將參照以下文獻:
[0005][1]W0 95/17656, Method for determining the surface contaminat1n of asolid, and device therefor, invent1n of P.Laffont et al.(P.Laffont 等人的發(fā)明，TO95/17656，用于確定固體的表面污染的方法及其裝置)
[0006][2]US 5, 583, 634, Process for elementary analysis by optical emiss1nspectroscopy on plasma produced by laser in the presence of argon, invent1n ofN.Andreet al (N.Andr6等人的發(fā)明，US 5，583，634，用于通過在氬氣環(huán)境中激光產(chǎn)生等離子體的光學發(fā)射光譜來進行元素分析的方法).
[0007][3]US 7, 106, 439, Elementary analysis device by optical emiss1nspectrometry on laser produced plasma, invent1n of J.L(J.L.Lacour 等人的發(fā)明，US 7，106, 439,通過激光產(chǎn)生等離子體的光學發(fā)射光譜的元素分析設(shè)備)
[0008][4]WO 2011/060404, Techniques for removing a contaminant layer from athermal barrier coating and estimating remaining life of the coating,invent1nof ff.T.Hassan et al (W.T.Hassan等人的發(fā)明，WO 2011/060404，用于從隔熱涂層移除污染物層并估計該涂層的剩余壽命的技術(shù))
[0009][5]WO 2012/005775, Laser-1nduced breakdown spectroscopy instrumentat1nfor real-time elemental analysis, invent1n of J.E.Barefield(J.E.Barefield 的發(fā)明，WO 2012/005775，用于實時元素分析的激光誘導擊穿光譜儀器)
[0010]文獻[I]涉及固體的表面污染的檢查。文獻[2]和[3]涉及通過LIBS技術(shù)對材料進行分析。文獻[4]涉及對由化學污染物(contaminants)所污染的涂層進行凈化，對這些污染物進行分析，以及為此使用LIBS技術(shù)。文獻[5]涉及一種能夠?qū)嵤㎜IBS技術(shù)的便攜設(shè)備。
[0011]這些文獻所公開的技術(shù)均不能對材料的表面污染進行分析，也不能進行采樣來對該污染進行檢查，或者對其進行附加的定性或定量分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于達到該雙重目標。
[0013]本發(fā)明提出了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得既能夠?qū)νㄟ^單脈沖激光器材料的表面層的成分進行分析，也能夠?qū)υ摫砻鎸拥拇硇粤Ｗ舆M行采樣，并且提出了實施該系統(tǒng)的分析和采樣的方法。
[0014]因此，本發(fā)明結(jié)合了兩種技術(shù):
[0015]LIBS技術(shù)，其能夠?qū)Υ嬖谟诓牧系谋砻嫣幍脑氐幕瘜W性能和相對濃度(以％為單位)進行分析，以及
[0016]采樣技術(shù)，其使用與LIBS技術(shù)相同的脈沖激光器，并且使得能夠吸收并收集脫落粒子，從而對所獲得的樣品的組成元素進行精確的定量或進行附加的定性分析。
[0017]簡要重述LIBS技術(shù)的細節(jié)如下:激光脈沖在所述材料的表面處產(chǎn)生等離子體，該等離子體被拉伸并冷卻，從而發(fā)出光輻射；光輻射被收集并發(fā)送到光譜儀；以這種方式獲得的光譜線被回收并分析。
[0018]對于采樣技術(shù)，激光脈沖也被發(fā)送到材料的表面(使用相同的脈沖激光器)。這導致材料表面的粒子的脫落。脫落的粒子通過采樣工具吸收，并隨后在過濾器上收集。
[0019]當考慮到材料的表面放射性污染的分析和檢查領(lǐng)域的具體應(yīng)用時，通過對過濾器上所收集的放射物進行計數(shù)來實現(xiàn)污染的定量(以Bq/cm2表示)，該定量就地進行或在過濾器已被發(fā)送至的實驗室中進行。
[0020]準確地說，本發(fā)明的目標在于一種用于通過激光誘導擊穿光譜來分析材料表面層尤其是放射層的成分的系統(tǒng)，包括:
[0021]單脈沖激光器，用于生成能夠與所述表面層相互作用的脈沖激光束并在所述材料的表面上產(chǎn)生等離子體；
[0022]用于將所述脈沖激光束聚焦到所述材料的表面上的裝置；
[0023]用于收集由所述等離子體發(fā)射的光的裝置；
[0024]用于對以這種方式收集的光進行光譜分析并根據(jù)所述光譜分析來確定所述表面層的元素成分的裝置；
[0025]其特征在于，該系統(tǒng)還包括:用于吸收并收集所述表面層的代表性粒子的裝置，所述代表性粒子在所聚焦的脈沖激光束的作用下從所述表面層提取出來，從而使用所吸收、收集的粒子來進行至少一個附加的定性或定量分析，或至少一個檢查，尤其是放射性污染檢查。
[0026]根據(jù)構(gòu)成本發(fā)明的目標的系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例，脈沖激光器和聚焦裝置被選擇為使得在所述材料的表面處獲得lGW/cm2至50GW/cm2范圍內(nèi)的功率密度。
[0027]聚焦裝置被優(yōu)先地選擇為使得在所述材料的表面處獲得尺寸(更準確地是大致圓形激光束的聚焦直徑)在Iym至ΙΟμπι范圍內(nèi)的聚焦脈沖激光束。
[0028]用于吸收并收集粒子的裝置被優(yōu)先地選擇為使得獲得在20m/s至200m/s范圍內(nèi)的吸入速度。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，脈沖激光束聚焦裝置包括:
[0030]光纖，其具有連接到所述脈沖激光器的第一端以及第二端；以及
[0031]聚焦透鏡，其被設(shè)置在所述光纖的第二端處。
[0032]用于收集由等離子體發(fā)射的光的裝置可包括光纖，該光纖的一端被優(yōu)先地安裝有光收集透鏡。
[0033]該系統(tǒng)優(yōu)選地是便攜式的，則用來吸收并收集粒子的裝置包括:
[0034]吸入旋風分離器，用于吸入包含有所述表面層的代表性粒子的空氣；
[0035]栗，用于吸入空氣；以及
[0036]導管，將所述栗連接到所述旋風分離器。
[0037]該裝置還可以包括:
[0038]過濾器，例如過濾紙，其上沉積有吸入空氣中所包含的粒子；以及
[0039]外殼，其可以是可拆卸的，所述外殼安裝在所述導管上，以將所述過濾器放置在所述外殼內(nèi)并將所述過濾器從所述外殼中移除，從而使用沉積在所述過濾器上的粒子來進行附加的定性或定量分析或檢查。
[0040]任選地，該系統(tǒng)還可以包括:用于使用沉積在所述過濾器上的粒子來進行附加的定量分析，或進行附加的定性分析(并由此進行除由光譜分析引起的分析之外的分析)，或進行檢查，尤其是放射性污染檢查的裝置。在放射性污染檢查的情況下，這個直接檢查使得可以對所述污染進行評估，認識到精確檢查需要相當大的設(shè)備，因而該評估是在實驗室中實時地進行的。
[0041]根據(jù)構(gòu)成本發(fā)明的目標的系統(tǒng)的另一具體實施例，用于吸收并收集粒子的裝置包括:
[0042]吸入頭，用于吸入包含有從所述材料的表面層提取出來的粒子的空氣；
[0043]栗，用于吸收空氣；以及
[0044]導管，將所述栗連接到所述吸入頭；
[0045]外殼，其安裝在所述導管上