低能量下用于AMS測定36CI的充氣飛行時間探測方法研究.pdf

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

2、。AMS測定36C1的難點在于其同量異位素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中的能量差別較小而能量崎離較大，所以對于小型AMS系統(tǒng)36C1和36S的鑒別存在很大困難。充氣飛行時間（gas-filledtimeofflight，簡稱GF-TOF）探測方法是一種新的用于AMS測量的同量異位素鑒別方法，它綜合了電離室能量測量和充氣飛行時間探測器時間測量的優(yōu)點，很有希望在離子入射能量較低時實現(xiàn)對36C1的測量

3、。本文介紹了GF-TOF探測系統(tǒng)的基本原理、結構及其用于測定36C1開展的工作和所取得的結果。
　　 GF-TOF探測系統(tǒng)主要由起始時間探測器(微通道板，簡稱MCP)、終止時間探測器(金硅面壘半導體探測器，簡稱SBD)和充氣室（可同時做為△E-E多陽極電離室使用）組成。本文在前人研究的基礎上對GF-TOF探測器進行了一系列的改進，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

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

5、離為450mm，得到真空下系統(tǒng)的時間分辨(FWHM)為1.3ns；當給充氣室充5mbar的丙烷氣體時系統(tǒng)的時間分辨(FWHM)為2.4ns。實驗中通過與△E-E多陽極電離室的比較，表明充氣飛行時間方法在離子能量較低時比△E-E多陽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一種同量異位素鑒別技術——GF-TOF探測方法的發(fā)展。本人在論文中的主要工作為：負責設計和建立起GF-TOF探測系統(tǒng)；完成對GF-TOF探