Mn-53的高灵敏加速器质谱测量方法研究

地球上产生的宇宙成因核素Mn-53是一种非常理想的地质定年工具，其定年范围可以追溯到10 Ma以前。但是，由于受到测量方法的限制，相关研究工作一直没有得到广泛的开展和应用。近年来，随着加速器质谱（AMS）技术的不断发展，Mn-53的高灵敏测量已经成为可能。在Mn-53的AMS测量中，粒子必须具有较高的能量以排除同量异位素Cr-53的干扰，所以，目前的低能AMS系统难以实现Mn-53的高灵敏测量。本项目拟把中国原子能科学研究院端电压可以达到14 MV的HI-13串列加速器与大型Q3D磁谱仪相结合，建立一种能够有效排除同量异位素Cr-53干扰的ΔE-Q3D探测系统，实现对Mn-53的高灵敏AMS测量，并在此基础上开展对海底铁锰结壳中不同深度剖面Mn-53的测量工作。本项目不仅能为Mn-53的应用开辟新的、有效的研究途径，也将为A=60左右核素的高灵敏探测提供一种新的测量手段。

探测地球上的宇宙成因核素53Mn在许多科学领域都有着非常重要的意义，然而，由于测量方法的限制，53Mn定年的应用研究一直没有得到广泛的开展。随着加速器质谱（AMS）技术的不断发展，53Mn的高灵敏测量方法已经成为可能。AMS测量53Mn的主要干扰来自于同量异位素53Cr，如何有效排除同量异位素53Cr的干扰是53Mn-AMS高灵敏测量需要面对的一个关键技术问题。近年来，德国慕尼黑工业大学（TUM）与澳大利亚国立大学（ANU）的AMS实验室基于充气磁谱（GFM）法，建立了53Mn的高灵敏测量方法。中国原子能科学研究院（CIAE）AMS实验室基于多年工作经验发展建立的ΔE-Q3D探测技术，相对于GFM方法，具有减小束斑扩散与粒子的能量损失、提高粒子传输效率等明显优势。研究基于ΔE-Q3D探测技术，分别采用MnO2、MnF2样品形式，离子源分别引出MnO-、MnF-离子，成功建立了53Mn的高灵敏AMS测量方法，53Mn/Mn的探测下限已经可以达到10-15，基于此实验方法，初步对深海铁锰结壳中的53Mn进行了应用研究探索。研究结果表明：53Mn-ΔE-Q3D实验方法的成功建立，为其将来在地球科学中的应用研究奠定了坚实的实验基础。