[发明专利]一种具有多极杆质量分析器的同位素分离富集装置

说明书

本发明公开了具有多极杆质量分析器的同位素分离富集装置，包括前置腔室和真空腔室，及两者之间的真空接口，前置腔室内部安装有ICP离子源组件，ICP离子源组件通过真空接口与真空腔室内的离子提取系统联结，离子提取系统后侧联结有多极杆质量分析器，之后侧联结有用于插拔式接收器，之后侧联结信号放大器；同位素分离富集装置还包括电子控制系统；本发明可以提升现有技术的电离效率，降低装置建造成本以及降低维护难度。

技术领域

本发明属于分析测试技术领域，具体涉及一种同位素分离富集装置。

背景技术

元素周期表中的多数元素都有多种同位素，在现代工业、医学、和生物学、地球化学领域，需要将元素的特定同位素进行高度富集。例如，自然界的U有235U和238U两种同位素，丰度分别为0.7%和99.3%，而核燃料只能用高纯度的235U，所以需要将自然界低丰度的235U进行提纯和高度富集，生产核燃料；又如，在医学领域，经常需要通过富集的同位素判别新陈代谢异常的情况，体检的常规项目之一有幽门螺杆菌感染，这个项目是通过碳13尿素呼气试验检测的，用到了碳13富集的原料；而在各种环境和化学分析领域，经常需要用到各种金属和非金属元素的同位素去示踪污染物的迁移或者化学反应进程，这些示踪物质也是高度富集的同位素。

同位素的分离富集技术有多种类型，对于气体同位素的富集而言，一般采用的是热扩散或者低温精馏的方法；对于235U的富集，则可利用气体离心机，以及特定波长激光电离的方法；对于一些特定元素的同位素如6Li，可利用离子交换的方法完成。但是这些方法均为专用方法，必须使用专用的设备和方法才能完成对特定的元素和同位素的分离富集，而这些专用设备和方法无法应用于其他类型的同位素富集，因此需要寻找能够具有一定通用性的设备和方法。

而当前已有的通用同位素分离富集方法为电磁分离法，其装置与大型磁式质谱仪类似，现有技术实现方案为磁式同位素分离装置，其构造和原理图如图1所示：其关键部件包括离子源，扇形磁场，和同位素接收杯，离子源的原理一般为固体热表面电离或者气体电子轰击电离，在离子源电离的元素在高真空的腔室里通过电场加速，形成离子束流进入扇形磁场，在磁场下受到洛伦兹效应的作用，发生偏转，而不同质量/电荷比的离子偏转半径不同，可以通过调整磁场强度，对特定的同位素进行选择，将其用同位素接收杯在扇形磁场之后进行接收。

经过本案申请人研究分析发现，现有技术的缺点包括：

（1）电离效率低：热表面电离的电离效率为1%左右，而气体电子轰击电离效率更是只有0.01%左右。

（2）装置建造成本高：磁式同位素分离装置因离子源的电离效率限制，为了在指定时间内获得足够多的富集同位素，必须增大装置的物理尺寸已支持足够强的同位素离子束流。而大尺寸的高真空系统和扇形磁场造价都及其昂贵。半径300mm的商用磁式质谱仪（基本原理和磁式同位素分离装置相同）的价格为数百万人民币，其能支持的离子束流一般为10-9A的级别，无法实现有意义的同位素富集。而具有工业富集能力的磁式同位素分离装置几乎全部为国家财政拨款建造。

（3）维护难度大：由于大型磁式同位素分离装置为专用设施，且离子源也在真空腔体内，需要专业人员运行和维护。

因此需要寻找一些新的设备和新的方法来解决相应的技术问题。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种具有多极杆质量分析器的同位素分离富集装置，其包括：

前置腔室和联结在所述前置腔室后侧的真空腔室，所述前置腔室和所述真空腔室之间具有真空接口，所述前置腔室内部安装有ICP离子源组件，所述ICP离子源组件通过所述真空接口与安装在所述真空腔室内的离子提取系统联结，所述离子提取系统后侧联结有多极杆质量分析器，所述多极杆质量分析器后侧联结有用于插拔式接收器，所述插拔式接收器后侧还联结有信号放大器；

所述真空腔室还联结有用于形成所述真空腔室内部高真空的分子泵；