加速器驅動先進核能系統(tǒng)(ADANES, Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)是中國科學院近代物理研究所原創(chuàng)性提出的新一代核裂變能系統(tǒng)。 在ADANES的運行中, 采用LIBS技術實現(xiàn)乏燃料分離和燃料再生環(huán)節(jié)中燃料組分的非接觸式原位在線檢測, 對各機組的過程控制和優(yōu)化運行尤其重要。由于待測燃料是以粉末形態(tài)存在，勢必會引入源于粒徑、堆積密度、堆積厚度這三類關鍵粉末參數(shù)的復雜物理基體效應。
科研人員成功揭示源于粒徑參數(shù)的基體效應規(guī)律之后(J. Anal. At. Spectrom., 2021, 36, 1969;Phys. Rev. Applied, 2021,16, 024017)，進一步開展粉末材料LIBS信號隨堆積密度和堆積厚度的變化趨勢研究。堆積密度實驗研究發(fā)現(xiàn)(見圖1)：LIBS信號中的原子線強度敏感依賴于堆積密度(堆密度越大，線強度越大)，然而離子線強度一直趨于恒定。堆積厚度實驗研究發(fā)現(xiàn)(見圖2)：堆積厚度小于某一閾值時，LIBS信號中的原子/離子線強度均敏感依賴于堆積厚度(堆厚度越大，線強度越小);堆積厚度超過該閾值后，線強度趨于恒定。科研人員通過分析激光與粉末材料表面相互作用以及激光等離子體的產(chǎn)生與演化動力學過程驗證了上述實驗結果。
該項研究標志著科研人員在推進用于ADANES中的乏燃料組分在線檢測技術研發(fā)方面取得了階段性進展，即完成了對影響該技術分析性能的關鍵物理基體效應規(guī)律的系統(tǒng)性理解，并為下一步研制出性能優(yōu)良的在線檢測設備提供了相對完備的物理支撐。
該研究工作得到了先進能源科學與技術廣東省實驗室、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金的支持。
圖2:原子譜線強度隨粉末堆積厚度的演化關系(李亞舉/圖)
