2024年5月4日发(作者：)
2007年10月 质谱学报 21
中国原子能科学研究院的AMS研究进展
姜 山
，何 明，胡跃明，袁 坚
（中国原子能科学研究院，北京 102413）
Status of AMS at the China Institute of Atomic Energy
JIANG Shan, HE Ming, HU Yue-ming, YUAN Jian
(China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China)
Abstract: The first accelerator mass spectrometer (AMS) system in China was set up at the China Institute of
Atomic Energy in 1989. In the following years, long-lived nuclides
10
Be,
26
Al,
36
Cl,
41
Ca,
79
Se and
129
I were
measured in geology, environment and biology samples. The newly development of the AMS measurements and
applications in recent years were introduced. The current projects include upgrading of AMS injection system for
increasing mass resolution, new particle identification techniques for separation of isobars, development of the
AMS measurement methods for
99
Tc,
93
Zr,
151
Sm and
182
Hf analyses, and
applications in biology, environment
and nuclear astrophysics.
Key words: accelerator mass spectrometer; long-lived nuclides; measurement
中图分类号：O657.63 文献标识码：A 文章编号：1004-2997（2007）增刊-21-03
加速器质谱（accelerator mass spectrometry, 简称AMS）是20世纪70年代末基于粒子加速器技
术和离子探测技术发展起来的一种质谱分析技术
[1-2]
。与普通质谱计相比，它具有排除分子本底和同
量异位素本底的能力，从而极大地提高了同位素丰度测量灵敏度。其同位素风度灵敏度达到10
10
－
15
，
待测核素的最低检测限达到10
4
原子。AMS主要用于测量自然界长寿命的宇宙射线成因核素，如
Be、
14
C、
26
Al、
32
Si、
36
Cl、，
41
Ca、
129
I等，它们的半衰期在10
3
~10
8
年范围内，天体和宇宙间许多
感兴趣的过程正是在这个时间范围内。作为年代计和示踪剂，它们可提供自然界许多运动、变化以
及相互作用等信息。因此，对这些核素的测定可以广泛地应用于地球科学、考古学、环境科学、生
命科学、海洋科学、核天体物理学等许多领域。
也是
中国原子能科学研究院于1989年基于HI-13串列加速器，建成我国第一台AMS装置
[3-5]
，
亚洲第一台大型AMS装置。相继开展了
10
Be、
26
Al、
36
Cl、
41
Ca、
79
Se、
129
I等核素的测量，并在地
质、环境、生命等方面进行了应用研究
[6- 9]
。近几年来，继续在发展AMS测量技术和拓宽应用两个
方面开展研究工作。
1 技术发展
1.1 新测量方法的研制
[10-13]
近几年，在HI-13串列AMS装置上主要开展了
182
Hf,
93
Zr,
99
Tc，
151
Sm等裂变产物核素和中子
活化核素的测量方法研究。研究的重点是排除同量异位素的干扰，包括实验室标准样品的研制，AMS
测量样品化学形式与离子引出形式的确定，化学方法排除同量异位素以及离子探测方法的建立等。
基金项目：国家自然科学基金及部门基金资助
作者简介：姜山（1956~），男（汉族），河北青龙人，研究员，从事加速器质谱研究。
22 质谱学报 第28卷增刊
取得的结果列于表1。
1.2 新技术的建立
[14-16]
为了满足地质学、环境科学等用户的需求，需要提高HI-13串列AMS系统的测量灵敏度，重
点是在提高束流强度和排除同量异位素与同位素离子干扰等方面开展新技术、新方法的研究。研究
内容包括充气飞行时间离子鉴别技术的建立；充气磁谱仪结合飞行时间离子鉴别方法的建立；新的
高分辨离子注入器系统的建立；探索发现AMS离子源引出AlO
和SeO
2
的形式；研制软件，使其
在实验之前就能计算出实验中的干扰离子，为实验设计提供依据等。这些方法有效地提高了对
79
Se,
26
－－
Al,
10
Be 等核素的测量灵敏度。其中，对于
79
Se/
78
Se的本底水平从10
9
降低到10
－
－
14
－
11
，对于
10
Be/
9
Be
的本底水平从10降低到10
－
15
。
表1 在HI-13串列AMS上已测量的核素情况表
核素/干扰
10
样品形式 引出离子
－
束流/μA 端电压/MV电荷态 探测方法 本底水平（丰度比）
Be/
10
B BeO BeO
－
0.12 8.40 3
+
0.08
7.00
2.00
2.50 8.05
0.20 7.80
0.08 8.50
0.50 8.05
26
Al
2
O
3
Al
－
Al/Mg
Al
2
O
3
AlO
－
3636
Cl/S AgCl
Cl
－
CaH
2
CaH
3
41
Ca/
41
K
－
CaF
2
CaF
3
－
CdSe
Se
7979
Se/Br
－
SeO
SeO
2
26
阻止吸收
－
5×10
15
＋∆E－E
－
∆E－E 1×10
14
+
－
7
二次剥离 ~10
15
－
+
8
∆E－E 3×10
15
－
8
+
∆E－E 1×10
14
－
7
+
∆E－E 5×10
14
－
9
+
PXD
2×10
9
－
11
1.50 8.05 9
+
Bragg
~10
0.13 8.00 9
+
93
Zr/
93
Nb ZrO
2
ZrO
－
－
Tc/
99
Ru TcO
TcO
－
129127
I/I AgI
I
－
151
Sm/
151
Eu
Sm
2
O
3
SmO
－
182
Hf/
182
W HfF
4
HfF
5
99
∆E－E
－
~10
10
Bragg
7.80 10
+
∆E－E ~10
8
原子
—
3.00 8.05 11
+
TOF
1×10
-13
－
0.10 8.00 10
+
TOF
1×10
8
－
0.15 8.00 9
+
TOF
4×10
11
2 应用研究
2.1
41
Ca在生物医学中的应用
[17-18]
41
Ca的衰变方式为轨道电子俘获，只发射3.3 keV的Χ射线，半衰期长( T
1/2
=1. 0×10
5
年)
[5]
。
其所需示踪剂量可以更少，对生物体辐射损伤极其微弱，比正常饮食中的天然放射性剂量要小1 000
倍，因此，
41
Ca是一种理想的生物医学示踪剂。由于AMS具有排除
41
K等干扰的能力，成为
41
Ca
测量的最有效方法。目前开展了两个方面课题的研究：第一，通过
41
Ca示踪研究细胞内Ca
2+
作为细
胞信使对细胞功能的影响，目前已经初步建立了示踪方法；第二，通过
41
Ca示踪研究破骨细胞的行
为以及药物治疗骨质疏松症的评价方法，取得了很好的进展。
2.2
151
Sm 和
79
Se的环境毒理学
[19]
稀土和重金属等是典型的环境污染物，其环境毒理研究是目前环境科学的重点内容。在国家自
然科学基金重大项目的支持下，作为部分研究内容，开展了
151
Sm和
79
Se分别作为稀土和重金属元
素示踪剂的AMS测量方法研究与生物示踪应用的方法研究。目前，重点开展了
行研究，得到初步的半定量结果，其结果支持稀土能够进脑的假说与实验。
2.3 核物理与核天体物理
[20]
在核物理与核天体物理研究领域中，对于长寿命超痕量核素的测定是一个困难的课题。AMS
提供了对其测量的有效方法，主要有两个方面，一是长寿命放射性核素半衰期的测定；二是核反应
中，产物为长寿命核素的核反应截面的测定。目前，已经开展了
79
Se半衰期的测定，在截面方面开
展了核天体感兴趣的重离子核反应生成
26
Al，即
16
O (
14
N,α)
26
Al 的反应截面工作。另外，产物核为
长寿命核素的中子核反应数据，如（n,2n）， (n,3n)以及（n,γ）的裂变产额是下一步研究的重点。
151
Sm的测量与生
物示踪的方法研究。 以试验大鼠为研究对象，针对示踪稀土Sm是否能够进脑这样一个科学问题进
2007年10月 质谱学报 23
2.4
10
Be与深海资源
[21]
21世纪初，海洋地质研究发现，在深海1 000~2 500 m海底，生长着一种多金属结壳，称为富
钴结壳，富含Co、Mn、Ni、Cu、Au、Pt等多种贵金属元素，金属总含量可以达到70%。储量大，
水深相对较浅，较易开采，是一种经济价值巨大的公海海底资源。通过富钴结壳生长速率等高线的
测定，可以圈出厚度较大、具有开采价值的富钴结壳矿区。2004年，通过与厦门大学等有关单位合
作，用AMS精确测定富钴结壳中宇宙成因核素
10
Be剖面分布，推断出富钴结壳年龄和生长速率，
为海底富钴结壳矿产资源赋存规律的研究提供了重要依据。
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79
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