激光冷却原子阱方法检测痕量稀有气体同位素

【摘要】：放射性同位素痕量分析是地质断代、环境安全和生命科学等领域中的重要分析手段。在分析技术和同位素种类上,都得到了广泛的发展。氪-81(半衰期23万年,同位素丰度1×10-12)主要由宇宙射线产生于大气层上部,对于5-100万年的水和冰样品的测年应用十分理想；氪-85(半衰期10.8年,同位素丰度2×10-11)是核裂变产物。这两种同位素都可以应用于对不同年代范围的地下水再生、转移和循环的研究。但是对于能否从少量的环境样品中检测出痕量的同位素原子,仍是技术上的一大挑战。 本论文的工作主要是：建立了一套原子阱痕量分析的实验装置,实现了对氪同位素单原子水平的囚禁和检测。通过对实验装置进行改进,增加了原子束流强度,提高了原子囚禁的俘获速率。为改进原子阱痕量分析方法的定量检测能力,提出了基于激光共振猝灭方法的定标方法,并通过对天然氪样品中同位素丰度的检测进行了检验。同时,在本工作中,还发展了激光锁频和精密光谱测定技术,被应用于建立高精密的光腔衰荡光谱技术方法,并开展了H2分子高精密光谱学研究,获得了迄今最精密(4ppb)的H2分子电四极矩振转跃迁。 以下是本论文各章节的内容安排： 第一章介绍氪原子放射性同位素的痕量检测方法,原子阱痕量分析方法的基本原理以及相关的主要实验技术。 第二章介绍本实验室搭建的原子阱痕量分析装置,对原子冷却和囚禁装置的改进,在增强原子束流强度、提高原子俘获速率等方面的实验测试和结果。 第三章介绍原子阱痕量分析方法检测样品的实验方案,激光共振猝灭检测方法的原理和测试结果。最后,对本实验方法以及装置的进一步改进和发展进行了展望。 第四章介绍所发展的高精度、高灵敏的光腔衰荡光谱技术,以及对H2O和H2分子在795nm附近的高精密光谱测量工作。