一種用于絕緣體核材料中氧同位素的sims測(cè)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(cè)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(duì)測(cè)量過程中需要用到的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試；測(cè)量鈾氧化物微粒的氧同位素，并計(jì)算18O/16O的比值；校正測(cè)量值并計(jì)算不確定度；更換標(biāo)樣并卸載程序。這樣，不需要進(jìn)行樣品的化學(xué)處理，可直接進(jìn)行測(cè)量，使得分析速度更快、樣品制備簡(jiǎn)單、樣品用量也更?。煌瑫r(shí)SIMS具有微區(qū)分析和深度剖析的能力，可對(duì)樣品的不同區(qū)域和不同深度的地方進(jìn)行氧同位素的測(cè)量；SIMS通過接收O-進(jìn)行測(cè)量，不需要轉(zhuǎn)化CO2氣體再測(cè)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(diǎn)。
【專利說明】—種用于絕緣體核材料中氧同位素的SIMS測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氧同位素測(cè)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(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國際防核擴(kuò)散、反核恐及核保障形勢(shì)的發(fā)展，核安保已成為國際社會(huì)關(guān)注熱點(diǎn)。2010年和2012年召開核安全峰會(huì)，主要討論了有關(guān)國際防核擴(kuò)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(huì)團(tuán)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(bào)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(jìn)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(kuò)散形勢(shì)變得十分嚴(yán)峻。核材料非法交易的出現(xiàn)，國際社會(huì)除了對(duì)傳統(tǒng)的核擴(kuò)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(kuò)散裝置發(fā)動(dòng)襲擊。自從第一宗截獲走私核材料案例以來，非法運(yùn)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(yùn)事件的總數(shù)呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢(shì)。為了對(duì)非法交易的核材料進(jìn)行偵破，追溯其來源，加強(qiáng)管理，應(yīng)運(yùn)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(chǎng)截獲核材料開始，通過核法證學(xué)確認(rèn)的技術(shù)、方法進(jìn)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(jìn)行比對(duì)，追溯可疑樣品的來源、運(yùn)輸途徑、追究涉案團(tuán)體和個(gè)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(shí)通過常用的特征屬性不能準(zhǔn)確溯源，需要對(duì)更多的特征屬性進(jìn)行分析，氧就是用于地理定位的一個(gè)主要特征元素。因?yàn)楦鶕?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(cè)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(cè)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(cè)量方法。但是氣體質(zhì)譜法需要對(duì)樣品進(jìn)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(duì)樣品進(jìn)行分區(qū)測(cè)量。
[0005]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究和試驗(yàn)，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(cè)量方法。
[0007]為實(shí)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(cè)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(duì)測(cè)量過程中用到的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試；
[0010]步驟C，測(cè)量所述鈾氧化物微粒的氧同位素，并計(jì)算180/160的比值；
[0011]步驟d，校正測(cè)量值并計(jì)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(duì)該處進(jìn)行轟擊，通過觀測(cè)二次離子信號(hào)O—的強(qiáng)度和圖像來確定所述鈾氧化物微粒的位置；
[0016]步驟c2，測(cè)量:
[0017]通過建立測(cè)量程序，進(jìn)行質(zhì)量峰中心定位并運(yùn)行分析程序來完成一個(gè)所述鈾氧化物微粒的氧同位素測(cè)量，然后對(duì)另外一個(gè)所述鈾氧化物微粒重復(fù)步驟Cl和c2進(jìn)行測(cè)量，直至所有所述鈾氧化物微粒測(cè)量完畢；
[0018]步驟c3，180/160比值的計(jì)算:
[0019]利用測(cè)量的所述鈾氧化物微粒的氧同位素?cái)?shù)據(jù)計(jì)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(cè)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(duì)所述樣品室、一次光路管道和二次光路管道進(jìn)行沖洗2-3次；
[0025]步驟b3，加測(cè)量程序:
[0026]根據(jù)測(cè)量對(duì)象、測(cè)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(shí)；
[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(cè)量樣品:
[0032]光路調(diào)節(jié)完成后，將Si/Ta標(biāo)樣替換為待測(cè)量樣品。
[0033]所述步驟d中，所述校正測(cè)量值的過程為用所述SMS質(zhì)譜儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的180/160比值，計(jì)算得到校正系數(shù)k，再利用k值對(duì)所述待測(cè)量樣品中180/160比值的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正；
[0034]其中，校正系數(shù)k的計(jì)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(cè)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(duì)測(cè)量過程中用到的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試； 步驟C，測(cè)量所述鈾氧化物微粒的氧同位素，并計(jì)算180/160的比值； 步驟d，校正測(cè)量值并計(jì)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(cè)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(duì)該處進(jìn)行轟擊，通過觀測(cè)二次離子信號(hào)O—的強(qiáng)度和圖像來確定所述鈾氧化物微粒的位置； 步驟c2，測(cè)量鈾氧化物微粒: 通過建立測(cè)量程序，進(jìn)行質(zhì)量峰中心定位并運(yùn)行分析程序來完成一個(gè)所述鈾氧化物微粒的氧同位素測(cè)量，然后對(duì)另外一個(gè)所述鈾氧化物微粒重復(fù)步驟Cl和c2進(jìn)行測(cè)量，直至所有所述鈾氧化物微粒測(cè)量完畢； 步驟c3，180/160比值的計(jì)算: 利用測(cè)量的所述鈾氧化物微粒的氧同位素?cái)?shù)據(jù)計(jì)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(cè)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(cè)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(duì)所述樣品室、一次光路管道和二次光路管道進(jìn)行沖洗2-3次； 步驟b3，加測(cè)量程序: 根據(jù)測(cè)量對(duì)象、測(cè)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(shí)； 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(cè)量樣品: 光路調(diào)節(jié)完成后，將Si/Ta標(biāo)樣替換為待測(cè)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(cè)量方法，其特征在于，所述步驟d中，所述校正測(cè)量值的過程為先用所述SIMS質(zhì)譜儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的180/160比值，計(jì)算得到校正系數(shù)k，再利用k值對(duì)所述待測(cè)量樣品中180/160比值的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正； 其中，校正系數(shù)k的計(jì)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(cè)量方法，其特征在于，所述步驟a中所述微粒轉(zhuǎn)移的詳細(xì)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(duì)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(jìn)行亮度篩選找出所述鈾氧化物微粒并用能譜分析識(shí)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(gè)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(cè)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(cè)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(jìn)行預(yù)抽氣；真空度達(dá)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(cè)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(jìn)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(gè)網(wǎng)格的圓形圖像；調(diào)節(jié)trl、tr2和imm三個(gè)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(shí)，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(cè)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(jī)械旋鈕，使實(shí)像和虛像兩個(gè)圖像中心重合，如果實(shí)像和虛像兩個(gè)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(gè)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(shí)像和虛像兩個(gè)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(shí)像和虛像兩個(gè)圖像中心重合。如果兩個(gè)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(shí)像和虛像兩個(gè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量完成后，需要換回調(diào)節(jié)光路時(shí)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(jìn)行卸載 程序。
【文檔編號(hào)】G01N27/62GK103995043SQ201410137444
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國原子能科學(xué)研究院