毛细效应增强激光诱导击穿光谱原理示意图
在核能发电过程中，为确保压水堆安全稳定运行，需要对一回路冷却剂中的锂和锌元素进行实时、高灵敏监测。激光诱导击穿光谱技术以其快速实时的独特优势，在一回路冷却剂元素监测领域极具应用潜力。然而当激光诱导击穿光谱直接检测液体时，等离子体快速淬灭会降低其检测灵敏度。同时，传统的液固转换方法又因“咖啡环”效应，即液体蒸发时溶质在液滴边缘富集形成环状沉积的现象，导致溶质分布不均匀，降低了激光诱导击穿光谱信号的稳定性。
针对以上问题，原子能院激光光谱研究团队提出毛细效应增强激光诱导击穿光谱新方法。该方法以多孔泡沫钛作为富集基底，将泡沫钛浸泡在溶液中，利用毛细力自驱动作用，使溶质随溶液沿微孔向上迁移并在基底表面富集。研究结果表明，采用泡沫钛基底进行溶质富集后，溶质在基底表面均匀分布，“咖啡环”效应得到有效抑制。与传统滤纸基底相比，采用泡沫钛基底富集后，激光诱导等离子体演化稳定性显著提升，等离子体温度、电子密度同步提高，等离子体辐射光谱强度显著增强。
与此同时，该方法无需对基底进行额外处理，检测过程简单、快速，同步提升了液体元素LIBS检测灵敏度和信号稳定性，对锂和锌元素的检出限满足一回路冷却剂监测需求。
激光诱导等离子体演化特性分析
该项研究工作得到财政部稳定支持、原子能院青年英才培育基金、核物理研究所所长基金等项目资助。
