加速器驅(qū)動(dòng)先進(jìn)核能系統(tǒng)（ADANES，Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System）是中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所在“未來(lái)先進(jìn)核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)實(shí)施過(guò)程中原創(chuàng)提出的一種先進(jìn)核能系統(tǒng)。在ADANES系統(tǒng)的運(yùn)行中，采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS，Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）技術(shù)實(shí)現(xiàn)各功能環(huán)節(jié)核燃料的原位實(shí)時(shí)定量檢測(cè)，對(duì)各機(jī)組的實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化運(yùn)行尤其重要。LIBS技術(shù)拓展應(yīng)用到ADANES系統(tǒng)，由于面對(duì)的核燃料是以微顆粒松散堆積的形態(tài)存在，勢(shì)必會(huì)引入與粒徑相關(guān)的未知基體效應(yīng)。

近日，近代物理所與合作者利用自主搭建的顆粒LIBS實(shí)驗(yàn)裝置，以銅微顆材料為例，開展了微顆粒材料的LIBS信號(hào)隨粒徑和激光通量的變化趨勢(shì)研究。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑對(duì)LIBS信號(hào)質(zhì)量的影響（簡(jiǎn)稱粒徑效應(yīng)）充分依賴于激光通量，且在限定的激光通量范圍內(nèi)可忽略；存在一臨界粒徑，當(dāng)粒徑超過(guò)和低于該臨界值時(shí)，粒徑效應(yīng)遵循了不同的行為。科研人員將微顆粒材料看作具有非牛頓流體性質(zhì)的一類軟物質(zhì)，較好地解釋了上述實(shí)驗(yàn)觀察。

該研究識(shí)別了一類源于粒徑依賴的材料力學(xué)性質(zhì)的新基體效應(yīng)，刷新了人們對(duì)顆粒材料LIBS分析技術(shù)的認(rèn)識(shí)；該研究為下一步構(gòu)建原位分析顆粒材料的LIBS樣機(jī)提供了重要的參考數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Analytical Atomic Spectrometry、Physical Review Applied上。研究工作得到先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

圖1.銅原子的發(fā)射譜線強(qiáng)度隨激光通量的演化關(guān)系（李亞舉/圖）

圖2.銅原子的發(fā)射譜線強(qiáng)度隨顆粒粒徑的演化關(guān)系（李小龍/圖）