既然α谱仪效果不理想,科学家就另辟途径——利用质谱仪数原子个数。这些年为了测量好236U,科学家也是煞费苦心,先后尝试了热表面电离质谱仪(TIMS),电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),加速器质谱仪(AMS)。各种质谱仪为236U发挥更大的作用提供了可能。

质谱仪在测量236U时难道是一帆风顺的?答案是否定的。以ICP-MS为例,刚一开始在测量236U时,也遇到了丰度灵敏度不足和多原子离子干扰的障碍。为了克服这些障碍,ICP-MS家族先后降生了多位成员,这些基于扇形磁铁、六级杆碰撞反应池和多接受技术的仪器使得测量236U/238U的能力被不同程度的提高,最终多接收ICP-MS(MC-ICP-MS)在测量236U/238U时略胜一筹,比值达到3×10-9。

科学永无止境,科学家的脑袋里千奇百怪的想法转化为现实后,原来一切看似不可能的东西又一一变为可能。不知道当初在碰撞反应池前再加一个四级杆是不是专门为测量锕系核素设计的,但最终形成的ICP-MS/MS,确实在测量236U时起到了意想不到的效果(236U/238U约为1×10-10,基本原理见示意图)。

ICP-MS/MS测量236U示意图[4]

既然ICP-MS表现的那么优秀,AMS怎么会逊色!我们知道最初超重核只能在大型核物理实验室进行测量。自从上个世纪九十年代赵晓雷博士率先利用3MV加速器质谱对236U进行测量后[3],有条件的实验室或者改进探测器,或者给自己的仪器增加分辨率更大磁铁,或者改变剥离气的气体;没条件的实验室也是对仪器优化优化再优化。念念不忘,必有回响,最终测量236U的AMS端电压也是各种各样:13MV、6MV、3MV、1MV和0.6MV,最终各家实验室也取得了不俗成果(见下表)。

四、结束语

我们的文字终归有限,不能详细的记录236U的每一个部分(本文中没有涉及到关于铀的化学前处理的故事,我想这部分工作交给专业人士才会有更精彩的呈现),也不能把世界上科学家为之而做的努力统统表达出来(水平实在有限,没介绍TIMS的内容)。但是我们相信关于236U的故事还在继续着,无论是化学上,测量上还是应用上,也许不久的明天就会有新的突破,新的发现,让我们拭目以待。

参考文献

[1] P. Steier, et al. Nucl. Instr. Meth. B 266 (2008) 2246-2250

[2] A. Sakaguchi, et al. Sci.Total Environ. 407 (2009) 4238-4242.

[3] X.L. Zhao et al. Earth Planet. Sci. Lett. 124 (1994) 241-244.

[4] Wenting Bu et al. Analytica Chimica Acta 995 (2017) 1-20.

[5] Stephan R.Winkler et al. Earth Planet. Sci. Lett.359–360(2012)124–130