近期，实验室科研人员利用自主研制的激光诱导击穿光谱（LIBS，Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）实验装置开展了粉末材料LIBS信号随堆积密度和堆积厚度的变化趋势研究并取得阶段性进展，相关科研成果发表在国际光谱学领域的 Journal of Analytical Atomic Spectrometry 期刊上。
加速器驱动先进核能系统(ADANES, Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)是中国科学院近代物理研究所原创性提出的新一代核裂变能系统。在ADANES的运行中，采用LIBS技术实现乏燃料分离和燃料再生环节中燃料组分的非接触式原位在线检测，对各机组的过程控制和优化运行尤其重要。由于待测燃料是以粉末形态存在，势必会引入源于粒径、堆积密度、堆积厚度这三类关键粉末参数的复杂物理基体效应。
科研人员成功揭示源于粒径参数的基体效应规律之后（J. Anal. At. Spectrom., 2021, 36, 1969；Phys. Rev. Applied, 2021,16, 024017），进一步开展粉末材料LIBS信号随堆积密度和堆积厚度的变化趋势研究。堆积密度实验研究发现（见图1）：LIBS信号中的原子线强度敏感依赖于堆积密度（堆密度越大，线强度越大），然而离子线强度一直趋于恒定。堆积厚度实验研究发现（见图2）：堆积厚度小于某一阈值时，LIBS信号中的原子/离子线强度均敏感依赖于堆积厚度（堆厚度越大，线强度越小）；堆积厚度超过该阈值后，线强度趋于恒定。科研人员通过分析激光与粉末材料表面相互作用以及激光等离子体的产生与演化动力学过程验证了上述实验结果。
该项研究工作由东江实验室和中国科学院近代物理研究所科研人员联合完成，标志着科研人员在推进用于ADANES中的乏燃料组分在线检测技术研发方面取得了阶段性进展，即完成了对影响该技术分析性能的关键物理基体效应规律的系统性理解，并为下一步研制出性能优良的在线检测设备提供了相对完备的物理支撑。
文章链接：https://doi.org/10.1039/D2JA00380E
https://doi.org/10.1039/D4JA00213J
图1 原子/离子谱线强度随粉末堆积密度φ的演化关系，其中Bnor∝ (3.17-1/φ)2 φ（龚书航/图）
图2 原子谱线强度随粉末堆积厚度的演化关系（李亚举/图）