加速器质谱仪器的发展

目前，全球AMS系统大致经历了四个发展阶段。

第一阶段：共用加速器阶段。这一阶段是从20世纪70年代末到80代末的十几年，为AMS发展初期。这时期大部分AMS装置是在原有用于核物理实验研究的加速器基础上改造而成的，其特点是： = 1 \* GB3 ①装置非专用，只有部分束流时间用于AMS测量； = 2 \* GB3 ②加速器的能量比较高，测量的费用比较高； = 3 \* GB3 ③由于加速器非专用，AMS系统稳定性差，传输效率比较低。

第二阶段：专用加速器的AMS阶段。从20世纪90年代初到本世纪初。随着考古、地质、环境等学科研究需求的迅速增加，AMS发展初期的非专用AMS装置远远不能满足用户的需求。于是专用的AMS装置开始出现（全套商品化专用AMS装置）。至2002年，国际上专用AMS装置的数量接近50台。这些专用AMS装置大都是基于串列加速器，加速器的端电压有5 MV、3 MV、1 MV和0.5 MV。这一时期的特点是 “两个专用”：一个是AMS装置专门用于¹⁴C、¹⁰Be、¹²⁹I等核素的分析与应用；另一个是AMS装置专门用于专一目的的研究，如美国Woods Hole海洋研究所的NOSAMS装置，主要用于海洋学研究；而英国York大学建立的一台AMS设备专门用于药物研究。

第三阶段：小型化、标准化阶段。最近10年左右的时间，随着AMS分析技术的不断发展，AMS装置趋于更简单化、更小型化和更合理化。由于大型设备运行维护费用非常高，近年来AMS发展的一个主要趋势是朝着紧凑和低成本的小型化、简单化方向发展。如美国NEC公司2004年推出的一种新的AMS系统——基于0.25 MV单级静电加速器的AMS系统（SSAMS） ，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）的AMS实验室与美国NEC公司合作研制的端电压0.2 MV专用于¹⁴C定年的“桌面”AMS系统^[11]。针对³⁶Cl、⁴¹Ca和³²Si等具有较强同量异位素干扰核素的测量，基于5 MV串列的AMS装置在能量上属于临界，姜山小组2004年提出的采用6MV的串列加速器更为合理，立即得到国际上的认同。目前，国际上6MV的AMS已经有5台（包括正在建造的3台）。

第四阶段：更加小型与传统MS融合阶段。在AMS小型化的基础上，姜山小组用更低能量加速器与传统的质谱结合，实现核素的同事测量，如图1所示。为了解决在¹⁴C测量中存在的问题，使得¹⁴C/¹³C/¹²C 同位素测量仪器具有简单、小型化、快速测量以及高精度等特点。在AMS基础上，进行了技术创新，首次提出了¹⁴C/¹³C/¹²C 同位素丰度同时测量仪。该仪器，用一个100-150 kV的加速管取代了AMS中的加速器、注入磁铁分析器和交替注入电源与控制系统等。这不仅使得仪器比AMS简单，而且实现了同时注入、同位素同时接收与测量，从而明显提高测量精度。同时，保留了AMS的优点，具有排除分子本底和同量异位素本底的能力。例如上面提到的¹⁴C测量中¹³CH和⁷Li₂等分子离子都被瓦解和¹⁴N离子被排除掉。

图1  14C/13C/12C同时测量仪原理示意图

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