基于30kV-100kV端电压下14C加速器质谱系统实验研究

In recent years, impressive progress has been made to simplify the AMS measurement technique and to provide easier-to-operate instruments and high-performance commercial AMS spectrometers with 200kV-500kV voltage to the AMS user community. However, the ultimate goal of having AMS instrumentation with tabletop dimensions and a system complexity and costs similar to those of conventional mass spectrometers has not yet been reached. In 2016, a new 150kV 14C dedicated AMS system GXNU-AMS, one of the lowest energy design in the world, was collaboratively developed by Guangxi Normal University and China Atomic Energy Institute. To take a next step forward, we have focused on pushing the AMS technique, in particular that of radiocarbon, towards lower beam energies. It has been demonstrated that this method can be applied at even lower energies with an important commercialization consequence. In this project, the molecular stripping cross section, the charge state distribution and the system sensitivity under the 30kV-100kV range terminal voltage will be studied and provide the experimental data and research methods to build a new, more compact generation of AMS spectrometers.

近年，加速器质谱（AMS）测量技术迅速发展，为广大AMS科研用户提供了更易于操作的高性能商用AMS质谱仪。采用200kV-500kV端电压, 氩气剥离，选择+1电荷态测量的14C-AMS装置已经成熟，并实现商业化生产。然而AMS质谱实现桌面化的尺度，系统的复杂性和成本接近传统质谱仪的最终目标尚未达到。2016年广西师范大学与中国原子能院合作研制出端电压为150kV的14C专用AMS系统GXNU-AMS，其是目前设计能量最低的AMS装置之一。为了进一步探索14C-AMS装置在更低端电压下工作参数，最终实现AMS的小型化、低成本化，提高其在国内产业化生产的可能性，本项目拟采用国产AMS装置，通过优化各部件性能，改变剥离物质类别等方法研究其在30kV-100kV低端电压下分子离子剥离截面、电荷态分布以及系统测量灵敏度等参数，这将为我们今后建立新型的、更紧凑的桌面化AMS提供实验基础及理论思想。

近年，加速器质谱（AMS）测量技术迅速发展，为广大AMS科研用户提供了更易于操作的高性能商用AMS质谱仪。采用200kV-500kV端电压, 氩气剥离，选择+1电荷态测量的14C-AMS装置已经成熟，并实现商业化生产。然而AMS质谱实现桌面化的尺度，系统的复杂性和成本接近传统质谱仪的最终目标尚未达到。广西师范大学与中国原子能院合作研制出端电压为150kV的14C专用AMS系统GXNU-AMS，其是目前设计能量最低的AMS装置之一。本项目采用国产AMS装置，以多种气体（He、N2、O2、Ar）作为剥离介质，对30-180 keV离子能量范围内低能12C-束流经过剥离后的电荷剥离几率分布（包括-1，0，+1，+2，+3、+4价态）进行分析拟合研究,分析电荷态几率随能量的分布关系。确定能满足低端电压AMS系统测量需求的各种剥离介质的最低端电压，继而对电荷交换截面进行了确定。通过深入研究在极低端电压范围（30-180 kV)分子离子在He、N2、O2、Ar气体下的本底情况来验证低能离子的剥离效果，确定适合低能离子探测的最佳剥离介质及其剥离介质厚度以满足小型桌面AMS系统测量的需要。这将为我们今后建立新型的、更紧凑的桌面化AMS提供实验基础及理论思想。