CN114280005A - 一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法，包括：探测***、进样***、束源真空***、激光***和数据分析***；探测***包括探测真空腔室、探测器和加速电极；束源真空***包括束源真空腔室。样品经束源真空腔室形成脉冲分子束进入探测真空腔室；激光***依次提供对应波长激光光源，通过第一窗口进入探测真空腔室，对脉冲分子束进行选择性电离获得氢及氢同位素离子，并从第二窗口离开；电离后的氢及氢同位素在加速电极的推动作用下依次到达探测器；探测器接收电离后的氢及氢同位素离子信号后发送至数据分析***以确定氢及氢同位素质量数和数量。本发明在检测时不受其他载气干扰，实现氢及氢同位素快速、高灵敏度检测。
Description
技术领域
本发明涉及氢及氢同位素检测技术领域，特别是涉及一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法。
背景技术
目前，氢及氢的同位素在氢能、核能上已得到广泛应用，其中，氢同位素的准确快速的定量分析技术对于氢同位素应用有着非常重要的意义。现有技术中，针对ppm级别以上浓度的氢同位素的检测主要采用国外进口高分辨同位素质谱仪进行分析，同位素质谱仪分析氢同位素准确度高，精度高，稳定性好，但是价格昂贵、引进困难、维修受限，对操作人员的要求比较高。此外，低温气相色谱在分析氢同位素方面有着技术设备简单、***建造费用低廉、能够实现在线分析的优点，但是它常常受到杂质以及载气的影响，并且检测的灵敏度相对较低，较为成熟的是500ppm，而100ppm以下难度很大，并且很容易受到其他杂质的影响。
基于此，亟需一种能够对氢及氢同位素进行快速、高灵敏度检测的装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法，能够对氢及氢同位素进行快速、高灵敏度检测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种氢及氢同位素的快速分析检测装置，所述装置包括：探测***、进样***、束源真空***、激光***和数据分析***；
所述探测***包括：探测真空腔室、探测器和加速电极；所述探测器和所述加速电极均位于所述探测真空腔室内；所述探测真空腔室的第一侧壁设有第一窗口，所述探测真空腔室的第二侧壁设有第二窗口；所述第一窗口与所述第二窗口相对设置，且所述第一窗口与所述第二窗口均与所述加速电极位于同一水平线上；所述探测器位于所述探测真空腔室的顶壁上且位于所述加速电极的垂直正上方；
所述束源真空***包括束源真空腔室；所述束源真空腔室与所述探测真空腔室连通；
所述待测样品通过所述进样***、在所述束源真空腔室形成脉冲分子束后进入所述探测真空腔室；所述激光***依次提供与氢及氢同位素对应波长的激光光源，通过所述第一窗口进入所述探测真空腔室，对所述脉冲分子束进行选择性电离获得电离后的氢及氢同位素离子，并从所述第二窗口离开所述探测真空腔室；电离后的氢及氢同位素离子在所述加速电极施加的电场的推动作用下依次到达所述探测器；所述探测器用于接收电离后的氢及氢同位素离子，获得探测信号；通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。
可选地，所述进样***包括：
脉冲阀，位于所述束源真空腔室内，用于在脉冲阀阀口打开时，向所述探测真空腔室喷射脉冲分子束；
脉冲阀控制器，与所述脉冲阀连接，用于控制所述脉冲阀的开闭；
第一进气管道，与所述脉冲阀连接，用于待测样品进样；
第一进气容器，与所述第一进气管道连接，用于盛放所述待测样品。
可选地，所述装置还包括：
第一开口，位于所述探测真空腔室的第三侧壁上，且与所述脉冲阀在同一水平线上；所述第三侧壁为连接所述束源真空腔室与所述探测真空腔室的一侧壁；
所述脉冲阀经所述第一开口向所述探测真空腔室喷射脉冲分子束。
可选地，所述装置还包括：
准直器，位于所述探测真空腔室的第三侧壁上，固定于所述第一开口处，且与所述加速电极对应设置，用于对从脉冲阀出射的脉冲分子束进行准直，并保证所述脉冲分子束入射至所述加速电极的激光电离区域。
可选地，所述脉冲阀的中心与所述准直器的中心位于同一水平线上。
可选地，所述装置还包括：
第一真空泵组，与所述探测真空腔室连通，用于为所述探测真空腔室提供真空环境；
第二真空泵组，与所述束源真空腔室连通，用于为所述束源真空腔室提供真空环境。
可选地，所述第一窗口和所述第二窗口的材质均为透明玻璃。
可选地，所述激光***包括包括：YAG激光器、染料激光器以及非线性晶体；
所述YAG激光器为所述染料激光器的泵浦源，通过更换所述染料激光器的染料获得不同波长的激光光源，并通过非线性晶体获得电离的激光光源。
为实现上述目的，本发明还提供了一种氢及氢同位素的快速分析检测方法，所述方法应用于所述的装置，所述方法包括：
待测样品通过进样***，在束源真空腔室形成脉冲分子束，并射入所述探测真空腔室；
与氢及氢同位素对应波长的激光光源依次从探测真空腔室的第一窗口进入探测真空腔室，对所述脉冲分子束进行选择性电离获得电离后的氢及氢同位素离子，并从所述第二窗口离开所述探测真空腔室；
所述电离后的氢及氢同位素离子在加速电极的推动作用下，依次到达探测器；
通过所述探测器接收所述电离后的氢及氢同位素离子，并获得探测信号；
通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。
可选地，所述通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量，具体包括：
所述探测信号包括：氢及氢同位素中不同离子到达探测器的强度和氢及氢同位素中不同离子到达探测器的时间；
通过所述数据分析***，根据不同离子到达探测器的强度，确定待测样品中氢气及其同位素的含量；
通过所述数据分析***，根据不同离子到达探测器的时间，确定待测样品中的氢气及其同位素的质量数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法，该装置包括：探测***，包括：探测真空腔室、探测器和加速电极；探测器和加速电极均位于探测真空腔室内；探测真空腔室的第一侧壁设有第一窗口，探测真空腔室的第二侧壁设有第二窗口；第一窗口与第二窗口相对设置，且第一窗口与第二窗口均与加速电极位于同一水平线；探测器位于探测真空腔室的顶壁上且位于加速电极的垂直正上方；束源真空腔室与探测真空腔室连通；待测样品通过进样***在束源真空腔室形成脉冲分子束后进入探测真空腔室；激光***依次提供与氢及氢同位素对应波长的激光光源，激光光源通过第一窗口进入探测真空腔室，对脉冲分子束进行选择性电离获得氢及氢同位素离子，并从第二窗口离开探测真空腔室；电离后的氢及氢同位素在加速电极施加电场的推动作用下依次到达探测器；探测器用于接收电离后的氢及氢同位素离子获得探测信号；数据分析***对探测信号进行处理、分析确定氢及氢同位素的质量数和数量。本发明在检测时不受其他载气的干扰，能够30秒内实现50ppm浓度氢同位素的测量，氢及氢同位素信号有着极好的分辨，实现了氢及氢同位素快速、高灵敏度的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明氢及氢同位素的快速分析检测装置剖面结构图；
图2为本发明准直器剖面结构图；
图3为本发明具体实施例的分析结果图。
符号说明：
探测真空腔室-1，探测器-2，加速电极-3，束源真空腔室-4，可调节支撑部件5，脉冲阀-6，第一开口-7，准直器-8，第一真空泵组-9，第二真空泵组-10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法，能够对氢及氢同位素进行快速、高灵敏度检测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明一种氢及氢同位素的快速分析检测装置，包括：探测***、进样***、束源真空***、激光***和数据分析***。
如图1所示，所述探测***包括：探测真空腔室1、探测器2和加速电极3；所述探测器2和所述加速电极3均位于所述探测真空腔室1内；所述探测真空腔室1的第一侧壁设有第一窗口，所述探测真空腔室1的第二侧壁设有第二窗口；所述第一窗口与所述第二窗口相对设置，且所述第一窗口与所述第二窗口均与所述加速电极3位于同一水平线上；所述探测器2位于所述探测真空腔室1的顶壁上且位于所述加速电极3的垂直正上方，也可以根据需要调整。
所述束源真空***包括束源真空腔室4；所述束源真空腔室4与所述探测真空腔室1连通。
所述待测样品通过所述进样***，在所述束源真空腔室4形成脉冲分子束后进入所述探测真空腔室1；所述激光***依次提供与氢及氢同位素对应波长的激光光源，通过所述第一窗口进入所述探测真空腔室1，对所述脉冲分子束进行选择性电离获得电离后的氢及氢同位素离子，并从所述第二窗口离开所述探测真空腔室1；电离后的氢及氢同位素离子在所述加速电极3施加的电场的推动作用下依次到达所述探测器2；所述探测器2用于接收电离后的氢及氢同位素离子，获得探测信号；通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。
进一步地，所述束源真空***还包括：第一真空观察窗口和第一真空测量***。所述第一真空观察窗口设置在所述束源真空腔室4的侧壁上，用于查看所述束源真空腔室4内的真空情况。所述第一真空测量***用于测量所述所述束源真空腔室4内的真空程度状态。
具体地，所述进样***包括：脉冲阀6、脉冲阀控制器、第一进气管道和第一进气容器。
所述脉冲阀6，位于所述束源真空腔室4内，用于在脉冲阀6阀口打开时，向所述探测真空腔室1喷射脉冲分子束。
所述脉冲阀控制器，与所述脉冲阀6连接，用于控制所述脉冲阀6的开闭。脉冲阀控制器可以通过同步延时器外部触发控制。
所述第一进气管道，与所述脉冲阀6连接，用于待测样品进样。脉冲阀6安装于束源真空腔室4内，通过所述第一进气管道与外界待测样品气体连接。
所述第一进气容器，与所述第一进气管道连接，用于盛放所述待测样品。
进一步地，所述装置还包括：
第一开口7，位于所述探测真空腔室1的第三侧壁上，且与所述脉冲阀6在同一水平线上；所述第三侧壁为连接所述束源真空腔室4与所述探测真空腔室1的一侧壁。在本发明的具体实施例中，通过第一开口7将所述束源真空腔室4与所述探测真空腔室1连通。
所述脉冲阀6经所述第一开口7向所述探测真空腔室1喷射脉冲分子束。
进一步地，所述装置还包括：可调节支撑部件5。
所述可调节支撑部件5，位于所述束源真空腔室4内，且与所述脉冲阀6连接，用于支撑所述脉冲阀6，调节所述脉冲阀6的位置，并对脉冲阀6进行定位。
进一步地，所述束源真空***装置还包括：第一真空引线(feedthrough)。其中，第一真空引线、第一真空测量***，通过束源真空腔室4侧壁预留的CF35法兰安装连接；脉冲阀6通过第一真空引线与外界脉冲阀控制器连接。
进一步地，所述探测***还包括：第二真空观察窗口、第二真空引线、第二真空测量***。其中，第二真空引线、第二真空测量***以及第二进气管道，通过探测真空腔室1侧壁预留的CF35法兰安装连接；所述第二真空观察窗口用于查看所述探测真空腔室1内的真空情况。所述第二真空测量***用于测量所述所述探测真空腔室1内的真空程度状态。所述加速电极3与所述探测器2均通过第二真空引线与外界电源相连接。所述第一窗口为激光光源进入探测真空腔室1的入口，所述第二窗口为激光光源离开探测真空腔室1的出口。
进一步地，所述装置还包括：准直器8。
所述准直器8位于所述探测真空腔室1的第三侧壁上，固定于所述第一开口7处，且与所述加速电极3对应设置，用于对从脉冲阀6出射的脉冲分子束进行准直，并保证所述脉冲分子束入射至所述加速电极3的激光电离区域，其剖面图如图2所示。所述第三侧壁为连接所述束源真空腔室4与所述探测真空腔室1的一侧壁，即所述束源真空腔室4与所述探测真空腔室1之间通过第三侧壁连接，第三侧壁上设有第一开口7，第一开口7上固定有准直器8，进而所述束源真空腔室4与所述探测真空腔室1之间通过所述准直器8连通。此外，所述准直器还用于实现差抽功能，保证所述探测真空腔室1采集过程中的高真空环境。
进一步地，所述激光***包括：YAG激光器以及染料激光器。YAG激光器作为染料激光器的泵浦源，通过更换染料可以获得不同波长的激光光源；结合非线性晶体等方法可以获得190nm-700nm范围任意波长的激光，从而实现对不同离子的选态电离。激光***可以通过同步延时器外部触发控制。
进一步地，所述数据分析***包括采集卡和数据分析设备；数据分析设备中包含对应的采集程序软件。
具体地，在本发明的一实施例中，所述待测样品通过第一进气管道与束源真空腔室4中的脉冲阀6连接，在所述束源真空腔室4形成脉冲分子束后，通过准直器8准直进入所述探测真空腔室1，并且与探测真空腔室1中的第一窗口中心和第二窗口中心的连线在同一水平面上；激光光源通过所述第一窗口中心进入所述探测真空腔室1，通过外界的同步延时设备，调节脉冲阀6开启的时间以及激光光源开启时间，使得激光和脉冲分子束在时间和空间上重叠，并且通过调节激光光源的波长，从而实现对所述脉冲分子束中的氢及氢同位素进行选择性电离；电离后的氢及氢同位素离子在所述加速电极3施加的电场的推动作用下到达所述探测器2；所述探测器2接收电离后的氢及氢同位素离子，获得探测信号；通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。探测器2获得的探测信号经放大后送入采集卡，通过电脑软件对数据进行分析处理。其中，电离每种离子需要对应特定的波长。此外，脉冲分子束入射至所述探测真空腔室1的方向、激光射入和离开所述探测真空腔室1的方向以及电离后离子的飞行方向三者之间两两相互垂直。
所述脉冲分子束在所述脉冲阀6为打开状态时，通过所述第一开口7进入所述探测真空腔室1。具体地，当所述脉冲阀6关闭时，无法产生脉冲分子束；当所述脉冲阀6打开时，待测样品气体进入束源真空腔室4，形成脉冲分子束，并且通过第一开口7进入所述探测真空腔室1。脉冲阀6与束源真空腔室4外的待测样品气体连通，待测样品气体通过脉冲阀6获得高强度、高速度品质的脉冲分子束，对于检测气体的使用量也大大降低。实际上也可以使用连续的进样气体，但是在此***中比较浪费样品气。在本发明的具体实施例中，使用脉冲阀6，可获得最低低至100us宽度的脉冲分子束；激光器以及脉冲阀6的频率都是30Hz，因此相对于连续束流，可以减少300倍的气体用量。
优选地，所述脉冲阀6的中心与所述准直器8的中心位于同一水平线上，以保证所述脉冲分子束更多的进入所述探测真空腔室1。
进一步地，所述装置还包括：第一真空泵组9和第二真空泵组10。
第一真空泵组，与所述探测真空腔室连通，用于为所述探测真空腔室提供真空环境。
第二真空泵组，与所述束源真空腔室连通，用于为所述束源真空腔室提供真空环境。
优选地，所述第一窗口和所述第二窗口的材质均为透明玻璃。在本发明的具体实施例中，所述第一窗口和所述第二窗口的材质为无色透明玻璃。
此外，所述第一窗口还用于将外边的可调谐激光引入探测真空腔室1，通过调节激光与待测样品之间的时间延迟，使得激光可以在脉冲分子束到达的时刻恰好将脉冲分子束选择性电离，即进入探测真空腔室1的脉冲分子束与进入探测真空腔室1的脉冲激光实现时间上同步，空间上的重合，并通过激光***调节激光波长与脉冲分子束中的氢及氢同位素实现波长共振，以实现脉冲分子束中氢及其同位素的选择性电离。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
本发明一种氢及氢同位素的快速分析检测方法，所述方法应用于所述的装置，所述方法包括以下步骤：
S1：待测样品通过第一进气管道进入所述束源真空腔室4，脉冲阀在脉冲阀控制器的控制下，使得待测样品形成脉冲分子束，并通过准直器射入所述探测真空腔室1。
S2：激光光源从探测真空腔室1的第一窗口进入探测真空腔室1，通过控制同步延时设备，调节脉冲阀开启的时间，以及激光光源开启时间，使得激光和脉冲分子束在时间上同步，并且在加速电极3的合适位置实现空间上重叠，并通过调节激光脉冲的波长对所述脉冲分子束中的氢及其同位素进行选择性电离获得电离后的氢及氢同位素离子。
S3：所述氢及氢同位素在加速电极3的推动作用下，依次到达探测器2。
S4：通过所述探测器2接收电离后的氢及氢同位素离子，获得探测信号。
S5：通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。
进一步地，S5：所述通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量，具体包括：
所述探测信号包括：氢及氢同位素中不同离子到达探测器的强度和氢及氢同位素中不同离子到达探测器的时间。
通过所述数据分析***，根据不同离子到达探测器的强度，确定待测样品中氢气及其同位素的含量。具体地，首先获得相对量测量，通过标准气体标定后，可以转化为绝对量测量。
通过所述数据分析***，根据不同离子到达探测器的时间，确定待测样品中的氢气及其同位素的质量数。也可以通过其他电离方式实现其他质量数样品检测，在此不作限制。
具体地，不同离子从加速电极到达探测器的过程遵循如下规律：
那么，不同离子到达探测器的时间均可以表示为：
其中，L表示加速电极距探测器的距离，m为离子质量数，v为离子的速度，V为加速电极施加电场的电压，e为离子的电量，t为离子从加速电极到达探测器的时间。因此，根据氢及氢同位素从加速电极到达探测器的时间即可计算出它们的质量数m。此外，由于氢和氢同位素的质量数不同，那么理论上t也不同，那么根据测量不同到达时间对应的离子的强度(数量)，即可探测出该待测样品中氢及氢同位素的含量。
在本发明的一个实施例中，氦载H2、HD和D2混合气分析结果如图3所示，其中，开始一些小峰是激光信号减本底后的一些残留，后边的几个峰分别对应的是H2和D2，由图3可得，通过改变激光波长令激光分别与H2和D2共振，检测到的H2、D2的信号从左到右排列，分辨率极高，各信号相互之间完全没有干扰，并且不受载气He气影响。
本发明所述的装置将激光光谱技术与飞行时间质谱技术相结合，从光谱以及质谱两个维度实现了对氢及其同位素(H2，D2)定性、定量的快速、高灵敏度地检测(30秒内实现50ppm浓度的测量)，不受其他载气的干扰。本发明具备检测灵敏度高，检测方便、快速等优点。本发明通过改变激光波长，还可以扩展到其他气体的检测。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述装置包括：探测***、进样***、束源真空***、激光***和数据分析***；
所述探测***包括：探测真空腔室、探测器和加速电极；所述探测器和所述加速电极均位于所述探测真空腔室内；所述探测真空腔室的第一侧壁设有第一窗口，所述探测真空腔室的第二侧壁设有第二窗口；所述第一窗口与所述第二窗口相对设置，且所述第一窗口与所述第二窗口均与所述加速电极位于同一水平线上；所述探测器位于所述探测真空腔室的顶壁上且位于所述加速电极的垂直正上方；
所述束源真空***包括束源真空腔室；所述束源真空腔室与所述探测真空腔室连通；
所述待测样品通过所述进样***，在所述束源真空腔室形成脉冲分子束后进入所述探测真空腔室；所述激光***依次提供与氢及氢同位素对应波长的激光光源，通过所述第一窗口进入所述探测真空腔室，对所述脉冲分子束进行选择性电离获得电离后的氢及氢同位素离子，并从所述第二窗口离开所述探测真空腔室；电离后的氢及氢同位素离子在所述加速电极施加的电场的推动作用下依次到达所述探测器；所述探测器用于接收电离后的氢及氢同位素离子，获得探测信号；通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。
2.根据权利要求1所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述进样***包括：
脉冲阀，位于所述束源真空腔室内，用于在脉冲阀阀口打开时，向所述探测真空腔室喷射脉冲分子束；
脉冲阀控制器，与所述脉冲阀连接，用于控制所述脉冲阀的开闭；
第一进气管道，与所述脉冲阀连接，用于待测样品进样；
第一进气容器，与所述第一进气管道连接，用于盛放所述待测样品。
3.根据权利要求2所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一开口，位于所述探测真空腔室的第三侧壁上，且与所述脉冲阀在同一水平线上；所述第三侧壁为连接所述束源真空腔室与所述探测真空腔室的一侧壁；
所述脉冲阀经所述第一开口向所述探测真空腔室喷射脉冲分子束。
4.根据权利要求3所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
准直器，位于所述探测真空腔室的第三侧壁上，固定于所述第一开口处，且与所述加速电极对应设置，用于对从脉冲阀出射的脉冲分子束进行准直，并保证所述脉冲分子束入射至所述加速电极的激光电离区域。
5.根据权利要求3所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述脉冲阀的中心与所述准直器的中心位于同一水平线上。
6.根据权利要求1所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一真空泵组，与所述探测真空腔室连通，用于为所述探测真空腔室提供真空环境；
第二真空泵组，与所述束源真空腔室连通，用于为所述束源真空腔室提供真空环境。
7.根据权利要求1所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述第一窗口和所述第二窗口的材质均为透明玻璃。
8.根据权利要求1所述的氢及氢同位素的快速分析检测装置，其特征在于，所述激光***包括包括：YAG激光器、染料激光器以及非线性晶体；
所述YAG激光器为所述染料激光器的泵浦源，通过更换所述染料激光器的染料获得不同波长的激光光源，并通过非线性晶体获得电离的激光光源。
9.一种氢及氢同位素的快速分析检测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-8任一项所述的装置，所述方法包括：
待测样品通过进样***，在束源真空腔室形成脉冲分子束，并射入所述探测真空腔室；
与氢及氢同位素对应波长的激光光源依次从探测真空腔室的第一窗口进入探测真空腔室，对所述脉冲分子束进行选择性电离获得电离后的氢及氢同位素离子，并从所述第二窗口离开所述探测真空腔室；
所述电离后的氢及氢同位素离子在加速电极的推动作用下，依次到达探测器；
通过所述探测器接收所述电离后的氢及氢同位素离子，并获得探测信号；
通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量。
10.根据权利要求9所述的氢及氢同位素的快速分析检测方法，其特征在于，所述通过所述数据分析***对所述探测信号进行处理、分析，确定氢及氢同位素的质量数和含量，具体包括：
所述探测信号包括：氢及氢同位素中不同离子到达探测器的强度和氢及氢同位素中不同离子到达探测器的时间；
通过所述数据分析***，根据不同离子到达探测器的强度，确定待测样品中氢气及其同位素的含量；
通过所述数据分析***，根据不同离子到达探测器的时间，确定待测样品中的氢气及其同位素的质量数。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4383171A (en) * | 1980-11-17 | 1983-05-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Particle analyzing method and apparatus |
| US4584072A (en) * | 1982-03-10 | 1986-04-22 | Japan Atomic Energy Research Institute | Process for separating an isotope from a mixture of different isotopes by using a single laser beam |
| JPH01194932A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-04 | Hitachi Ltd | 水素同位体分離方法 |
| JPH02207825A (ja) * | 1989-02-08 | 1990-08-17 | Hitachi Ltd | 水素同位体の分離、固定、供給装置 |
| JPH07306183A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素同位体比分析法 |
| US5977541A (en) * | 1996-08-29 | 1999-11-02 | Nkk Corporation | Laser ionization mass spectroscope and mass spectrometric analysis method |
| JP2000088809A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 固体中の特定原子の検出方法及び検出装置 |
| CN101750265A (zh) * | 2008-12-17 | 2010-06-23 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种实时测量纳米粒子组成元素比值的飞行时间质谱仪 |
| CN103094051A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种同向双通道飞行时间质谱仪 |
-
2021
- 2021-12-28 CN CN202111624119.2A patent/CN114280005A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4383171A (en) * | 1980-11-17 | 1983-05-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Particle analyzing method and apparatus |
| US4584072A (en) * | 1982-03-10 | 1986-04-22 | Japan Atomic Energy Research Institute | Process for separating an isotope from a mixture of different isotopes by using a single laser beam |
| JPH01194932A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-04 | Hitachi Ltd | 水素同位体分離方法 |
| JPH02207825A (ja) * | 1989-02-08 | 1990-08-17 | Hitachi Ltd | 水素同位体の分離、固定、供給装置 |
| JPH07306183A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素同位体比分析法 |
| US5977541A (en) * | 1996-08-29 | 1999-11-02 | Nkk Corporation | Laser ionization mass spectroscope and mass spectrometric analysis method |
| JP2000088809A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 固体中の特定原子の検出方法及び検出装置 |
| CN101750265A (zh) * | 2008-12-17 | 2010-06-23 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种实时测量纳米粒子组成元素比值的飞行时间质谱仪 |
| CN103094051A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种同向双通道飞行时间质谱仪 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 贾瑞和 等: "核燃料循环分析技术", 中国原子能出版社, pages: 228 - 229 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114152660A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种金属材料不同深度氢及其同位素含量检测装置及方法 |
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