用于通过激光诱导等离子体光谱来分析表面层的成分并进行采样以执行互补分析的系统...的制作方法

文档序号:9354945阅读:420来源:国知局
用于通过激光诱导等离子体光谱来分析表面层的成分并进行采样以执行互补分析的系统 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种系统,该系统能够通过LIBS (laser-1nduced breakdownspectroscopy,激光诱导击穿光谱)对材料表面层的成分进行分析,并且能够对该表面层的代表性粒子进行采样,从而对该表面层进行附加的定性或定量分析,或进行检查。
[0002]更具体地,本发明涉及一种能够通过LIBS对材料的表面污染(surfacecontaminat1n)进行分析并且能够对该污染进行检查的系统。
[0003]该系统具体用于对材料的表面化学污染进行分析和检查,但更具体地用于对材料的表面放射性污染进行分析和检查,尤其是出于对车间、建筑物以及更普遍地核设备进行放射性研究的目的,具体用于对它们在净化和/或拆除之前或净化之后的放射性状态进行绘制。
【背景技术】
[0004]将参照以下文献:
[0005][1]W0 95/17656, Method for determining the surface contaminat1n of asolid, and device therefor, invent1n of P.Laffont et al.(P.Laffont 等人的发明,TO95/17656,用于确定固体的表面污染的方法及其装置)
[0006][2]US 5, 583, 634, Process for elementary analysis by optical emiss1nspectroscopy on plasma produced by laser in the presence of argon, invent1n ofN.Andreet al (N.Andr6等人的发明,US 5,583,634,用于通过在氩气环境中激光产生等离子体的光学发射光谱来进行元素分析的方法).
[0007][3]US 7, 106, 439, Elementary analysis device by optical emiss1nspectrometry on laser produced plasma, invent1n of J.L(J.L.Lacour 等人的发明,US 7,106, 439,通过激光产生等离子体的光学发射光谱的元素分析设备)
[0008][4]WO 2011/060404, Techniques for removing a contaminant layer from athermal barrier coating and estimating remaining life of the coating,invent1nof ff.T.Hassan et al (W.T.Hassan等人的发明,WO 2011/060404,用于从隔热涂层移除污染物层并估计该涂层的剩余寿命的技术)
[0009][5]WO 2012/005775, Laser-1nduced breakdown spectroscopy instrumentat1nfor real-time elemental analysis, invent1n of J.E.Barefield(J.E.Barefield 的发明,WO 2012/005775,用于实时元素分析的激光诱导击穿光谱仪器)
[0010]文献[I]涉及固体的表面污染的检查。文献[2]和[3]涉及通过LIBS技术对材料进行分析。文献[4]涉及对由化学污染物(contaminants)所污染的涂层进行净化,对这些污染物进行分析,以及为此使用LIBS技术。文献[5]涉及一种能够实施LIBS技术的便携设备。
[0011]这些文献所公开的技术均不能对材料的表面污染进行分析,也不能进行采样来对该污染进行检查,或者对其进行附加的定性或定量分析。

【发明内容】

[0012]本发明的目的在于达到该双重目标。
[0013]本发明提出了一种系统,该系统使得既能够对通过单脉冲激光器材料的表面层的成分进行分析,也能够对该表面层的代表性粒子进行采样,并且提出了实施该系统的分析和采样的方法。
[0014]因此,本发明结合了两种技术:
[0015]LIBS技术,其能够对存在于材料的表面处的元素的化学性能和相对浓度(以%为单位)进行分析,以及
[0016]采样技术,其使用与LIBS技术相同的脉冲激光器,并且使得能够吸收并收集脱落粒子,从而对所获得的样品的组成元素进行精确的定量或进行附加的定性分析。
[0017]简要重述LIBS技术的细节如下:激光脉冲在所述材料的表面处产生等离子体,该等离子体被拉伸并冷却,从而发出光辐射;光辐射被收集并发送到光谱仪;以这种方式获得的光谱线被回收并分析。
[0018]对于采样技术,激光脉冲也被发送到材料的表面(使用相同的脉冲激光器)。这导致材料表面的粒子的脱落。脱落的粒子通过采样工具吸收,并随后在过滤器上收集。
[0019]当考虑到材料的表面放射性污染的分析和检查领域的具体应用时,通过对过滤器上所收集的放射物进行计数来实现污染的定量(以Bq/cm2表示),该定量就地进行或在过滤器已被发送至的实验室中进行。
[0020]准确地说,本发明的目标在于一种用于通过激光诱导击穿光谱来分析材料表面层尤其是放射层的成分的系统,包括:
[0021]单脉冲激光器,用于生成能够与所述表面层相互作用的脉冲激光束并在所述材料的表面上产生等离子体;
[0022]用于将所述脉冲激光束聚焦到所述材料的表面上的装置;
[0023]用于收集由所述等离子体发射的光的装置;
[0024]用于对以这种方式收集的光进行光谱分析并根据所述光谱分析来确定所述表面层的元素成分的装置;
[0025]其特征在于,该系统还包括:用于吸收并收集所述表面层的代表性粒子的装置,所述代表性粒子在所聚焦的脉冲激光束的作用下从所述表面层提取出来,从而使用所吸收、收集的粒子来进行至少一个附加的定性或定量分析,或至少一个检查,尤其是放射性污染检查。
[0026]根据构成本发明的目标的系统的一个优选实施例,脉冲激光器和聚焦装置被选择为使得在所述材料的表面处获得lGW/cm2至50GW/cm2范围内的功率密度。
[0027]聚焦装置被优先地选择为使得在所述材料的表面处获得尺寸(更准确地是大致圆形激光束的聚焦直径)在Iym至ΙΟμπι范围内的聚焦脉冲激光束。
[0028]用于吸收并收集粒子的装置被优先地选择为使得获得在20m/s至200m/s范围内的吸入速度。
[0029]根据本发明的一个优选实施例,脉冲激光束聚焦装置包括:
[0030]光纤,其具有连接到所述脉冲激光器的第一端以及第二端;以及
[0031]聚焦透镜,其被设置在所述光纤的第二端处。
[0032]用于收集由等离子体发射的光的装置可包括光纤,该光纤的一端被优先地安装有光收集透镜。
[0033]该系统优选地是便携式的,则用来吸收并收集粒子的装置包括:
[0034]吸入旋风分离器,用于吸入包含有所述表面层的代表性粒子的空气;
[0035]栗,用于吸入空气;以及
[0036]导管,将所述栗连接到所述旋风分离器。
[0037]该装置还可以包括:
[0038]过滤器,例如过滤纸,其上沉积有吸入空气中所包含的粒子;以及
[0039]外壳,其可以是可拆卸的,所述外壳安装在所述导管上,以将所述过滤器放置在所述外壳内并将所述过滤器从所述外壳中移除,从而使用沉积在所述过滤器上的粒子来进行附加的定性或定量分析或检查。
[0040]任选地,该系统还可以包括:用于使用沉积在所述过滤器上的粒子来进行附加的定量分析,或进行附加的定性分析(并由此进行除由光谱分析引起的分析之外的分析),或进行检查,尤其是放射性污染检查的装置。在放射性污染检查的情况下,这个直接检查使得可以对所述污染进行评估,认识到精确检查需要相当大的设备,因而该评估是在实验室中实时地进行的。
[0041]根据构成本发明的目标的系统的另一具体实施例,用于吸收并收集粒子的装置包括:
[0042]吸入头,用于吸入包含有从所述材料的表面层提取出来的粒子的空气;
[0043]栗,用于吸收空气;以及
[0044]导管,将所述栗连接到所述吸入头;
[0045]外壳,其安装在所述导管上
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