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我国科研团队突破锂同位素现场高精度分析关键技术
2026年06月15日 15:09:55
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：4675
兰州大学刘作业团队提出时空介质协同调制激光诱导击穿光谱新技术，首次实现了锂同位素三重精细谱峰的完整分辨，为核燃料循环管理和聚变堆氚增殖材料在线监测提供了高精度原位分析新途径。
近日，兰州大学稀有同位素前沿科学中心与核科学与技术学院刘作业教授团队在锂同位素高精度分析技术研究中取得一项关键技术突破，为核燃料循环和聚变能源材料在线监测提供了新的技术路径。该研究成果已在线发表于国际学术期刊《美国化学会志》。
锂同位素(⁶Li和⁷Li)的准确测定在核工业中具有特殊地位，关系到裂变堆的安全运行以及聚变堆中氚增殖材料的有效调控。然而，传统分析方法如质谱技术虽然精度高，但存在设备复杂、样品前处理繁琐、易引入放射性污染等问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)具备无需接触、可实时原位检测等优势，但由于锂原子光谱中同位素位移极其微小(仅约15皮米)，且等离子体中的自吸收效应会严重扭曲谱线形状，长期以来难以直接用于同位素分辨。
刘作业团队提出了一种名为“时空介质协同调制LIBS（TSMM-LIBS）”的新方案。该方法通过同时调控激光与物质相互作用的时间过程、空间分布和周围介质环境，有效抑制了等离子体核心区域的自反转效应。研究还设计了一套定量评价谱线畸变程度的指标，并配套开发了翼侧恢复算法，能够从高度畸变的光谱信号中还原出有效的同位素发射信息。
实验结果显示，利用上述技术，团队首次在LIBS测量中清晰区分出锂的6条精细结构谱线，包括⁷Li和⁶Li各自对应的D₁、D₂线，三者分别位于670.776纳米、670.791纳米和670.807纳米处。通过进一步结合基质稀释方法，光谱展宽显著降低，谱峰半高宽被压缩至25.65皮米，斯塔克展宽降至3.87皮米，达到了亚多普勒分辨水平。
在定量分析能力上，团队基于自吸收校正构建了有效浓度模型，并对固态陶瓷样品(如Li₂TiO₃)和液态锂溶液进行了交叉验证。结果显示，模型预测的均方根误差仅为0.041，性能偏差比为6.561，明显优于行业通常认定的优秀标准(2.0以上)。这意味着该方法具备较高的定量准确性和可靠性。
这一研究建立的远程、原位、快速分析框架，不仅解决了激光光谱技术在锂同位素检测中长期存在的自吸收干扰难题，也为核裂变反应堆冷却剂监测和聚变堆氚增殖材料在线评估提供了具有实用潜力的技术方案。下一步，团队计划在更多实际核工业环境中验证该技术的稳定性和抗干扰能力。
资料来源：科技日报
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