基于激光吸收光譜的惰性氣體Xe在線探測技術

陶 波，王 淏，朱 峰，黃 超，李高鵬，李國華，黃 珂

(西北核技術研究所，西安710024； 激光與物質相互作用國家重點實驗室，西安710024)

惰性氣體Xe是裂變反應的主要氣體產(chǎn)物之一，在線監(jiān)測Xe的含量具有重要意義。首先，Xe是核試驗的重要示蹤氣體，其同位素131mXe,133Xe,133mXe,135Xe是《全面禁止核試驗條約》中監(jiān)測秘密核試驗使用的最重要的放射性核素[1]。其次，在核反應堆運行中，可能會出現(xiàn)燃料棒包殼破損的情況，氣體裂變產(chǎn)物Xe會通過燃料棒包殼破口最先泄漏[2]，因此，監(jiān)測Xe可用于評估核反應堆的運行狀況，避免核安全事故的發(fā)生。目前，裂變產(chǎn)物Xe的主要探測方法是利用放射性探測設備測量樣品中放射性同位素的活度[3-4]，并結合氣相色譜/熱導池檢測器在線測量樣品中穩(wěn)定組分的含量[5]。該方法的主要不足是需要采用體積較大的Xe同位素取樣器進行Xe的吸附、濃縮和純化，導致整套監(jiān)測設備可移動性差，不易實現(xiàn)Xe的實時在線監(jiān)測。

隨著激光技術和光譜探測技術的發(fā)展，可調諧二極管激光吸收光譜技術(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)有望實現(xiàn)高靈敏度在線探測[6-7]。TDLAS是一種能級共振吸收方法，具有選擇性好、響應速度快及可定量測量等特點。與放射性測量方法相比，TDLAS的裝置簡單緊湊，有望將探測裝置放置于無人機上進行實時在線監(jiān)測[8]，并利用不同的Xe同位素導致的吸收線頻移，通過測量Xe吸收線的精細結構，可實現(xiàn)Xe同位素的選擇性定量測量[9]。

Xe的第一電子吸收帶處于深紫外區(qū)，雖然目前沒有該波段的激光源，但由于Xe存在亞穩(wěn)態(tài)，所以可通過放電方式將基態(tài)Xe泵浦至亞穩(wěn)態(tài)[10]。……