痕量同位素原子的定量探测，在环境分析、地质测年等领域，具有十分广泛的应用。85Kr（t1/2= 11年、丰度2×10-11）等长寿命惰性气体同位素，是十分理想的对地下水、冰芯等样品进行测年的示踪元素。由于存在着同位素丰度低、实际可用样品量有限的问题，迫切需要新的具有更高灵敏度的探测方法。激光冷却原子阱痕量分析（ATTA）方法是一个全新的痕量分析技术，它利用激光冷却原子，对目标同位素原子进行囚禁并逐一计数，从而获得样品中该同位素的丰度。目前，在美国、中国、德国和印度有多个在建的ATTA实验装置。然而，在利用该技术对实际样品进行大规模的测量应用之前，必须对该方法的定量测定能力进行检验。为达到此目的，利用由瑞士伯尔尼大学所提供的同一批氪气样品，胡水明教授课题组借助在中国科学技术大学和美国阿贡国家实验室的两套ATTA装置，分别对其中的85Kr含量进行独立的“双盲”检测，并和伯尔尼大学利用传统的辐射计数方法所测得的结果进行比对。通过对这十余个含85Kr丰度在10-12～10-10的氪气样品的测量，结果表明，三方所得结果偏差均在5%以内，而ATTA装置仅利用数微升的氪气样品，即可将85Kr丰度测定到10-14水平。这充分表明，ATTA技术可被用于对痕量同位素丰度进行可靠的定量测量。在中国合肥和美国阿贡的这两套装置，也是目前国际上仅有的达到实际应用要求的ATTA设备。
由于85Kr由人类核活动产生，同时也是目前大气中含量最大的放射性同位素，因此其灵敏测量对于核安全、大气和环境分析具有重要的意义。此外，ATTA方法还可对含量更低、寿命更长的39Ar（t1/2= 269年、丰度8×10-16）、81Kr（t1/2= 23万年、丰度6×10-13）进行测量。这几个同位素和14C（t1/2= 5730年、丰度1×10-12）一起，可对1年～1百万年内的环境样品进行测年。其中，39Ar是目前唯一已知的有望用于50-1000年范围测年的放射性同位素，而ATTA是目前看来唯一可能实现39Ar测年的技术方法，因此，进一步发展ATTA技术的意义不言而喻。
（Scientific Reports 2013, 3, 1596）
图1 激光冷却原子阱痕量分析（ATTA）装置和所测得的单个85Kr原子信号
文章评论