加速器驅動先進核能系統（ADANES，Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System）是中國科學院近代物理研究所在“未來先進核裂變能——ADS嬗變系統”戰略性先導科技專項實施過程中原創提出的一種先進核能系統。在ADANES系統的運行中，采用激光誘導擊穿光譜（LIBS，Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）技術實現各功能環節核燃料的原位實時定量檢測，對各機組的實時控制和優化運行尤其重要。LIBS技術拓展應用到ADANES系統，由于面對的核燃料是以微顆粒松散堆積的形態存在，勢必會引入與粒徑相關的未知基體效應。
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。研究發現，粒徑對LIBS信號質量的影響（簡稱粒徑效應）充分依賴于激光通量，且在限定的激光通量范圍內可忽略；存在一臨界粒徑，當粒徑超過和低于該臨界值時，粒徑效應遵循了不同的行為。科研人員將微顆粒材料看作具有非牛頓流體性質的一類軟物質，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性質的新基體效應，刷新了人們對顆粒材料LIBS分析技術的認識；該研究為下一步構建原位分析顆粒材料的LIBS樣機提供了重要的參考數據和科學依據。相關成果發表在Journal of Analytical Atomic Spectrometry、Physical Review Applied上。研究工作得到先進能源科學與技術廣東省實驗室、國家重點研發計劃的支持。
圖1.銅原子的發射譜線強度隨激光通量的演化關系（李亞舉/圖）
圖2.銅原子的發射譜線強度隨顆粒粒徑的演化關系（李小龍/圖）
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