從理論上研究了熱電離質(zhì)譜計(jì)法拉第杯接收器放大器的非線性效應(yīng),建立了校正的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用該模型,可以用一種同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)直接檢驗(yàn)法拉第接收器放大器的非線性,而不用常規(guī)的系列同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來檢驗(yàn)放大器非線性。應(yīng)用U TB2500 鈾同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、峰跳掃描質(zhì)譜測(cè)量技術(shù),檢驗(yàn)了一臺(tái)熱電離質(zhì)譜計(jì)法拉第接收器放大器的非線性,并對(duì)存在的非線性進(jìn)行了校正。同時(shí),驗(yàn)證了在同位素豐度比值一定的情況下,非線性校正因子是恒定的,它不隨離子流信號(hào)強(qiáng)度的變化而變化。

　　熱電離質(zhì)譜計(jì)廣泛應(yīng)用于核工業(yè),地質(zhì)年代學(xué),環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域中同位素豐度比值的測(cè)量。隨著質(zhì)譜儀器技術(shù)的發(fā)展,特別是多接收技術(shù)的普及,豐度比值測(cè)量的精密度得到了很大的提高。但是,測(cè)量的準(zhǔn)確度仍然受到限制,這是由于存在系統(tǒng)偏差的緣故。多接收熱電離質(zhì)譜技術(shù)的主要系統(tǒng)偏差來源有同位素質(zhì)量分餾效應(yīng),多接收器接收效率的差異,放大器增益的差異,放大器非線性等。

　　對(duì)于同位素質(zhì)量分餾效應(yīng)、多接收器效率差異、放大器增益差異的校正,目前有比較充分的研究。質(zhì)量分餾效應(yīng)通常應(yīng)用同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校正技術(shù),或者全蒸發(fā)技術(shù)校正。對(duì)多接收器接收效率的校正使用峰跳掃描技術(shù),或者同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)進(jìn)行校正,也有質(zhì)譜計(jì)應(yīng)用新型法拉第接收器,它的接收效率為100 %,不需要校正。對(duì)于放大器增益的校正,商用質(zhì)譜計(jì)都有自動(dòng)校正程序,全部使用高穩(wěn)定的電壓源輪流掃描技術(shù)進(jìn)行校正。

　　對(duì)于接收器放大器非線性的校正,目前國內(nèi)外普遍采用同位素系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)進(jìn)行校正,校正應(yīng)用的同位素系列標(biāo)準(zhǔn)有歐共體的IRMM072 系列鈾同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),美國的NIST、NBL系列鈾同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 。本項(xiàng)目將系統(tǒng)研究放大器非線性理論,建立新的放大器非線性校正理論模型和校正實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

1、理論研究

1.1、非線性校正模型的建立

　　放大器系統(tǒng)非線性是一種在分析儀器放大器電子線路中廣泛存在的現(xiàn)象,它表現(xiàn)為系統(tǒng)對(duì)小信號(hào)的響應(yīng)畸變。假設(shè)放大器的滿量程信號(hào)強(qiáng)度為V0 ,嚴(yán)格來講,小于V0 的信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)。電子線路的非線性理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,非線性效應(yīng)服從對(duì)數(shù)規(guī)律。因此,對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的非線性修正模型可以用式(1)表示:

　　式中,VL 為經(jīng)過非線性修正的信號(hào)強(qiáng)度; m 為非線性校正常數(shù),對(duì)于正常的放大器來說, │m │遠(yuǎn)小于1 ;V NL 為未經(jīng)過非線性修正測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度;V 0 為放大器的滿量程信號(hào)強(qiáng)度。在進(jìn)行同位素豐度比值測(cè)量時(shí),通過放大器系統(tǒng)得到的同位素豐度比值的測(cè)量值用式(2)表示:

　　式中, RNL 為未經(jīng)過非線性修正測(cè)得的同位素豐度比值;V 1 為測(cè)得的同位素1 離子流的信號(hào)強(qiáng)度;V 2 為測(cè)得的同位素2 離子流的信號(hào)強(qiáng)度。由式(1)和式(2) 得到,經(jīng)過放大器非線性修正后的同位素豐度比值RL ,示于式(3) :

　　式(7) 是最終建立的放大器非線性校正理論模型。根據(jù)模型可以得出,只要測(cè)量一種同位素豐度比值R 遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離1 的同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),將標(biāo)稱值RL 及其測(cè)量值RNL 代入式(7) ,就可以得到非線性校正常數(shù)m ,進(jìn)而計(jì)算出任意豐度比值或任意離子流信號(hào)強(qiáng)度下的非線性校正因子,來校正放大器的非線性。與目前國內(nèi)外普遍采用的系列同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校正放大器非線性的技術(shù)相比,從測(cè)量一系列同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)到測(cè)量一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),顯然能夠簡(jiǎn)化校正過程,減小校正的不確定度。

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4、結(jié)論

　　熱電離質(zhì)譜計(jì)法拉第杯接收器放大器的非線性校正因子可以與比值或離子流信號(hào)強(qiáng)度建立對(duì)數(shù)線性關(guān)系,在同位素豐度比值一定的情況下,非線性校正因子不隨離子流信號(hào)強(qiáng)度的變化而變化。在實(shí)驗(yàn)上,可以只用一種鈾同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)UTB2500 ,采用單杯峰跳掃描質(zhì)譜測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)放大器的非線性校正。