近日，新蘇里南國立大學-新墨西哥大學加速器質譜聯合使用中心的研究人員在MICADAS加速器質譜儀上成功測試了基于低壓時間投影室的離子探測器，并獲得了首批測試結果。這一新設備將用于對14C同位素離子進行計數，進而對所研究的樣品進行測年。

該時間投影室于2023年首次安裝在由中國科學院原子核物理研究所制造并維護的國產加速器質譜儀上。此前，它已在能量為4 MeV的14C離子束上進行了成功測試，證明了其正常運行能力。隨后，該室在MICADAS加速器質譜儀上使用了0.4 MeV的14C離子束進行了進一步測試。

時間投影室(TPC)是一種通過測量低能重離子在氣體中的路徑長度來識別離子的方法。離子通過薄的入口窗口進入腔內，通過電離損失失去能量，形成氣體離子和電子的軌跡。這些電子在外部電場的影響下，以恒定速度在氣體中漂移，并在氣體電子倍增器(GEM)處被放大，最后由數據采集系統進行數字化。電子收集時間與離子路徑長度相對應，從而實現對離子的識別。

據UMS NSU-NNC集體使用中心主任Ekaterina Parkhomchuk解釋，此前他們為INP UMS開發的時間投影室主要用于分離具有相同原子質量和不同核電荷的離子，如將10Be(鈹)離子與10B(硼)分離。由于硼和鈹的原子核帶有不同的電荷，在初始能量相同的情況下，它們在氣態介質中的平均自由程不同，時間投影室可以將它們分離。測量10Be的含量將使科學家能夠測定地質樣本的年代。

MICADAS加速器質譜儀與國產多同位素質譜儀不同，其目的僅在于探測和確定研究樣品中稀有同位素14C的含量。14C離子穿過整個加速器質譜儀后進入氣體探測器進行識別和計數。此次測試中，研究人員用時間投影室替換了MICADAS原有的電離室。電離室的一個重要部件是前置放大器，一旦出現故障，將影響加速器質譜儀的正常運行。而時間投影室則大大降低了數據采集系統電子設備的要求，并產生更好的信噪比。

目前，MICADAS時間投影室的測試針對兩種類型的樣品進行：14C含量接近現代水平的ANU標準樣品(IAEA-C6，糖)和14C含量為現代水平0.002的“空白”(聚乙烯CH-元素微量分析標準B2024)。測試的目的是優化工作參數，包括工作氣壓、增益和電子漂移速度。

中央核電站工程師Alexey Petrozhitsky表示，他們已經收集了足夠多的數據，目前正在進行處理和分析。他們有信心時間投影室可以作為正在研制的國內第一臺通用低壓加速器質譜儀的最終探測器。目前進行的實驗正是為測試第一臺國產UMS的探測器而進行的，而MICADAS裝置則充當了離子束源。

加速器質譜法是一種測量樣品中稀有長壽命宇宙成因同位素濃度的方法，廣泛應用于考古學、地質學、生物醫學、生態學、天體物理學等領域。其中，放射性碳測年是最廣泛的應用之一，用于記錄碳-14同位素的濃度，時間間隔可追溯到5萬年前。而測量另一種宇宙成因核素10Be的濃度也同樣令人感興趣，因為其測年的時間間隔更廣，可達1000萬年。

目前，NSU-NNC加速器質譜中心擁有兩臺UMS裝置，其中一臺由俄羅斯科學院西伯利亞分院核物理研究所的科學家發明，另一臺為瑞士產的MICADAS加速器質譜儀。作為中心研究小組的一部分，新西伯利亞國立大學、俄羅斯科學院西伯利亞分院核物理研究所、俄羅斯科學院西伯利亞分院考古與民族學研究所和俄羅斯科學院西伯利亞分院催化研究所的員工正在致力于研制一種國產低壓通用加速器質譜儀，該項目設計為期五年，在“2030年優先計劃”的支持下實施。