26Al的加速器质谱实验谱模拟

　　加速器质谱(Accelerator Mass Spectrometry,简称AMS)是20世纪70年代末发展起来的核分析技术.它具有样品用量少(~mg),测量时间短(~min),灵敏度高(视待测核素之不同,同位素比值可达10-10~10-16不等)等特点,是长寿命放射性核素分析技术中灵敏度最高的方法之一,已广泛应用于各研究领域[1].

　　AMS测量的关键问题之一是排除同位素、同量异位素及其它粒子的干扰.但是由于实验条件的限制,这些干扰粒子实际上不能在进入探测器之前被完全排除而形成本底.用AMS测量中重核素时,干扰本底尤其显得严重,这给待测核素的在束确认和实验谱的分析带来困难.针对这些问题,开发了一套中重核素AMS测量的计算机模拟程序[2,3].这套程序能在实验前预先分析待测核素及可能进入探测器的各种干扰核素,优化实验参数,并对实验谱进行计算模拟.这些分析结果,对随后的实验有较大的参考价值.本文的工作,是用这套计算机模拟程序对26Al的AMS测量进行了模拟,并与实验结果进行了比较.

　　1　26Al的AMS测量方法

　　26Al的AMS测量中,最可能的干扰核素是其同量异位素26Mg.26Mg的自然丰度为11%.待测样品中往往就含有26Mg;纯度不够高的试剂及实验设备中也都会残存着大量的26Mg.为了减少26Mg对26Al测量的干扰,国内外各实验室根据自身AMS装置的特点采取了不同的方法,分述如下.

　　1.1　引出原子离子的方法

　　Mg的电子亲和势为-2.38 eV,不能形成稳定的负离子.因此,大部分AMS实验室,特别是加速器端电压小于5MV的实验室都是采取引出原子离子的方法来消除26Mg的干扰.但是,Al的电子亲和势也很低,仅为0.44 eV,引出单质Al离子时,27Al-的束流很弱(~101 nA),要达到一定的计数则需要较长的测量时间,特别是样品量少时,采用这种方法存在一定的局限性.

　　1.2　二次剥离的方法

　　如果引出AlO-,束流要比引出Al-高一个量级.但引出AlO-束流的最大缺点是同时伴随有大量的MgO-.由于MgO-和AlO-具有相同的质量数(M)、能量(E)和电荷态(q),26Mg能顺利地通过一系列分析系统进入探测器,产生很强的本底.笔者曾用简单的化学方法除Mg做过试验,结果26Mg的测量计数率仍高达104.由于Al的核电荷数Z=13,而Mg的核电荷数Z=12,Mg不存在+13态的Mg13+,因此可采用二次剥离的方法,最终选择26Al13+作为测量对象.这种方法可有效地排除26Mg的干扰,但经二次剥离,26Al将有80%~90%的损失.

　　1.3　充气磁谱的方法

　　26Al和26Mg在充气磁场中具有不同的飞行轨迹,可以采用充气磁谱法进行测量.充气磁谱法既能较好地排除26Mg,又不会降低传输效率.如德国Munich AMS实验室就是用充气磁谱法鉴别26Al和26Mg,开展25Mg(p,γ)26Al反应截面的测量[4],他们从离子源引出的是AlO-.