Fe-60的加速器质谱测量方法及应用研究

Long lived radioactive nuclide of Fe-60 plays a prominent role in astrophysical investigations as one of nuclide produced by processes of universe evolution, and has been studied by scientists for many years in the world. However, the potential of Fe-60 application has not been fully tapped, due to the lack of appropriate method for the determination of ultratrace Fe-60. The high sensitivity measurement of Fe-60 has been achieved with the development of accelerator mass spectrometry, and corresponding research jobs have been carried out based on this method. However, there still have some refutations and arguments about these results. The main aim of this project is to develop a new and distinctive AMS measurement method of Fe-60, taking the advantages of the high energy of HI-13 tandem AMS system and the Δ-Q3D technique, and the measurement sensitivity will be expected to reach the international advanced level. the analysis and determination of Fe-60 content in different depth profiles of a representative deep-sea ferromanganese crusts, and the thermal neutron reaction cross sections of 59Fe（n, γ）60Fe will be carried out based on this method, respectively. The results of this project can not only clarify some disputable viewpoints about the research of Fe-60, but also lays a good experimental foundation for Fe-60 application widely.

作为宇宙演化过程中产生的关键核素之一，长寿命放射性核素Fe-60在天体物理研究中有着非常重要的作用，多年来一直受到各国科学家的广泛关注。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。随着加速器质谱（AMS）技术的不断发展，Fe-60的高灵敏测量已经实现，并据此方法开展了相关的应用研究工作，但是，一些研究结果仍然存在分歧。本项目拟基于中国原子能科学研究院HI-13串列AMS系统能量高的特点，采用Δ-Q3D技术，建立一种新的、有特色的Fe-60高灵敏AMS测量方法，预期测量灵敏度将达到国际先进水平；基于此方法，开展对一个具有代表性的深海铁锰结壳中不同深度剖面Fe-60含量、59Fe（n, γ）60Fe热中子反应截面的分析及测定工作。项目研究结果不仅能为澄清当前关于Fe-60研究方面的一些分歧提供较有意义的参考依据，同时亦将为Fe-60的广泛应用奠定良好的实验基础。

作为超新星以及宇宙演化过程中产生的关键核素之一，长寿命放射性核素60Fe在天体物理研究中有着非常重要的作用，多年来一直受到世界各国科学家的广泛关注。随着加速器质谱（AMS）技术的不断发展，60Fe的高灵敏测量方法已经成为可能。但是，由于受到60Fe高灵敏探测需要高能AMS系统的限制，国际上仅有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）法开展了此方面的研究与探索。本项目基于中国原子能科学研究院HI-13串列AMS系统能量高的特点，采用ΔE-Q3D探测技术，利用Q3D磁谱仪能量分辨好、色散大等优势，通过离子引出形式探索、E-Q3D技术优化和多阳极气体探测器研制等多种方式结合，成功建立了独具特色的60Fe-AMS测量方法，60Fe/Fe测量灵敏度达到了E-16；其次，基于已经建立的60Fe-AMS测量方法，对一个具有代表性的铁锰结壳样品CXD08-1中两个层位的60Fe/Fe值进行了AMS测量，建立了铁锰结壳样品中60Fe的AMS分析方法；最后，通过反应堆辐照与AMS技术相结合，建立了不稳定核59Fe（n, ）60Fe的中子截面分析方法，并取得了初步研究结果。