加速器驅(qū)動先進(jìn)核能系統(tǒng)（ADANES，Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System）是中國科學(xué)院近代物理研究所在“未來先進(jìn)核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項實施過程中原創(chuàng)提出的一種先進(jìn)核能系統(tǒng)。在ADANES系統(tǒng)的運行中，采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS，Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）技術(shù)實現(xiàn)各功能環(huán)節(jié)核燃料的原位實時定量檢測，對各機組的實時控制和優(yōu)化運行尤其重要。LIBS技術(shù)拓展應(yīng)用到ADANES系統(tǒng)，由于面對的核燃料是以微顆粒松散堆積的形態(tài)存在，勢必會引入與粒徑相關(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實驗裝置，以銅微顆材料為例，開展了微顆粒材料的LIBS信號隨粒徑和激光通量的變化趨勢研究。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑對LIBS信號質(zhì)量的影響（簡稱粒徑效應(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)粒徑超過和低于該臨界值時，粒徑效應(yīng)遵循了不同的行為?？蒲腥藛T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驗觀察。

該研究識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)，刷新了人們對顆粒材料LIBS分析技術(shù)的認(rèn)識；該研究為下一步構(gòu)建原位分析顆粒材料的LIBS樣機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)廣東省實驗室、國家重點研發(fā)計劃的支持。

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

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