基于原子阱的高精度81Kr定年系統(tǒng)的研制

趙志霞, 嚴(yán)京文, 李 浩, 蔣 蔚, 3*, 盧征天, Florian Ritterbusch, 楊國民

基于原子阱的高精度81Kr定年系統(tǒng)的研制

趙志霞1, 2, 嚴(yán)京文1, 2, 李 浩2, 3, 蔣 蔚1, 2, 3*, 盧征天1, 2, Florian Ritterbusch2, 3, 楊國民2, 3

(1. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 物理學(xué)院, 安徽 合肥 230026; 2. 中國科學(xué)院 量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院, 安徽 合肥 230026; 3. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心 安徽 合肥 230026)

介紹了基于原子阱的高精度放射性Kr定年系統(tǒng)的搭建工作。該系統(tǒng)可以測(cè)量ng/L水平的81Kr同位素的相對(duì)豐度。為了提高測(cè)量的精度, 系統(tǒng)采用了基于拍頻鎖的高穩(wěn)定激光系統(tǒng), 通過“跳頻”的方法實(shí)現(xiàn)了81Kr同位素和參考同位素83Kr測(cè)量的快速切換, 抑制了由系統(tǒng)效率緩慢漂移帶來的影響。另外, 參考同位素83Kr裝載率通過離子電流方法精密測(cè)量, 測(cè)量精度可以達(dá)到0.2‰。通過以上改進(jìn), 系統(tǒng)單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品81Kr同位素相對(duì)豐度的精度可達(dá)2%的水平, 并且相同條件下測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品的結(jié)果具有可重復(fù)性。該系統(tǒng)結(jié)合系統(tǒng)誤差校正將可實(shí)現(xiàn)高精度的81Kr同位素定年應(yīng)用。

81Kr定年; 放射性氪氬定年; 原子阱痕量分析

0 引 言

81Kr是一種宇生核素, 半衰期為0.23 Ma。它在全球大氣中分布均勻, 并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定, 這使它成為了古地下水定年的理想示蹤同位素(Loosli and Oeschger, 1969; Loosli et al., 2000; Lu et al., 2014), 覆蓋的年齡范圍從幾萬年一直到1.3 Ma。81Kr同位素豐度極低(～10?13), 非常難探測(cè)。但是最近原子阱痕量分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了81Kr定年, 并將其成功地應(yīng)用到地下水研究中(Jiang et al., 2012, 2019; Aggarwal et al., 2015; Gerber et al., 2017; Matsumoto et al., 2018, 2020; Yechieli et al., 2019; Yokochi et al., 2019;)。目前世界上在運(yùn)行的兩臺(tái)Kr同位素原子阱痕量檢測(cè)裝置分別在美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。這兩臺(tái)儀器受限于分析精度, 目前的定年下限只能到0.04 Ma左右, 無法直接和14C定年方法進(jìn)行對(duì)比。因此有必要進(jìn)一步提高81Kr的分析精度, 擴(kuò)展81Kr定年下限。另外, 高精度的81Kr定年技術(shù)和14C定年結(jié)合使用也可以用來研究地下水輸運(yùn)過程中的混合與擴(kuò)散過程。本研究將介紹一套基于原子阱技術(shù)的高精度放射性Kr定年系統(tǒng)的搭建。該系統(tǒng)可以測(cè)量ng/L水平的81Kr同位素的相對(duì)豐度。測(cè)量現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)樣品的精度可達(dá)2%, 且結(jié)果具有可重復(fù)性。該系統(tǒng)結(jié)合系統(tǒng)誤差校正將可實(shí)現(xiàn)高精度的81Kr同位素定年應(yīng)用。

1 高精度81Kr原子阱系統(tǒng)

1.1 原子阱系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及基本原理

原子阱的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。樣品氣體在進(jìn)入真空系統(tǒng)后經(jīng)過射頻激發(fā)區(qū)形成亞穩(wěn)態(tài)Kr原子束, 飛向位于原子阱系統(tǒng)末端的磁光阱捕獲區(qū)。在飛行過程中, 利用多束激光將原子束準(zhǔn)直、聚焦、減速, 最終將要檢測(cè)的同位素原子俘獲在由6束激光構(gòu)成的磁光阱(magneto-optical trap, MOT)中, 進(jìn)行熒光探測(cè)(Jiang et al., 2012; Yang et al., 2013)。

為了得到樣品中81Kr的相對(duì)豐度, 首先要用原子阱系統(tǒng)測(cè)量樣品中81Kr同位素與穩(wěn)定同位素83Kr裝載速率的比值, 這一步是為了消除測(cè)量中系統(tǒng)效率緩慢漂移帶來的影響。其次, 再用原子阱系統(tǒng)測(cè)量1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代樣品中81Kr與83Kr裝載速率的比值。這兩個(gè)比值的比給出的就是樣品中81Kr的相對(duì)豐度:

式中:表示相對(duì)豐度; 下標(biāo)sample和modern分別表示待測(cè)樣品和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代樣品;表示同位素豐度。81Kr同位素的測(cè)量采用數(shù)原子的方法。81Kr原子在磁光阱中會(huì)不斷地放出熒光, 利用靈敏的EMCCD相機(jī)探測(cè)這些熒光, 并根據(jù)其強(qiáng)度數(shù)出阱中81Kr原子數(shù), 從而得到其裝載速率。阱中會(huì)俘獲108量級(jí)的83Kr原子, 無法用數(shù)原子的辦法測(cè)量。因此, 對(duì)其裝載速率的測(cè)量采用測(cè)量MOT中離子電流的方法。

要實(shí)現(xiàn)高精度的81Kr同位素分析, 需要對(duì)原子阱痕量分析系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行精確地控制。首先要控制的是激光系統(tǒng)的漂移, 包括激光頻率、激光光強(qiáng)、激光偏振以及激光指向的漂移, 使81Kr和83Kr的裝載速率盡可能地穩(wěn)定。其次,81Kr的原子計(jì)數(shù)率需要足夠高, 以便在測(cè)量時(shí)間內(nèi)能夠有足夠的原子計(jì)數(shù), 使統(tǒng)計(jì)誤差小于2%。最后對(duì)83Kr裝載速率測(cè)量需要采用高精度的方法, 使其不確定度遠(yuǎn)小于2%。為此, 本研究開展了高穩(wěn)定度的激光系統(tǒng)和高精度的參考同位素測(cè)量系統(tǒng)的搭建工作。

1.2 高穩(wěn)定激光系統(tǒng)

整個(gè)激光系統(tǒng)被分成幾個(gè)模塊化的子系統(tǒng), 每個(gè)子系統(tǒng)有獨(dú)立的功能并安裝在獨(dú)立的光學(xué)平板上。子系統(tǒng)之間通過保偏光纖連接。這樣的設(shè)計(jì)減少了由鏡架以及其他光機(jī)械元件漂移帶來的影響。因?yàn)楦髯酉到y(tǒng)之間相互獨(dú)立, 因此, 如果某個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生漂移, 只需要將該子系統(tǒng)重新調(diào)節(jié)即可, 不會(huì)影響到其他子系統(tǒng)。對(duì)于關(guān)鍵部位的激光, 比如用來俘獲原子的激光, 我們使用光強(qiáng)穩(wěn)定系統(tǒng)將光強(qiáng)的變化穩(wěn)定到小于1%。除此之外, 光束的整形系統(tǒng)采用籠式結(jié)構(gòu)并穩(wěn)固地安裝在真空系統(tǒng)上, 整形后的激光光束通過真空系統(tǒng)上的窗口射入到內(nèi)部光學(xué)元件上。這個(gè)設(shè)計(jì)保證了入射激光與真空系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)元件相對(duì)位置的穩(wěn)定性。即使真空腔體發(fā)生微小移動(dòng), 入射激光也會(huì)和真空腔體一起移動(dòng), 保證入射激光相對(duì)腔內(nèi)光學(xué)元件的入射角保持不變。以上措施減小了系統(tǒng)的漂移, 整個(gè)激光系統(tǒng)可在半年內(nèi)保持穩(wěn)定。

圖1 原子阱痕量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

除了機(jī)械穩(wěn)定性以外, 激光的頻率穩(wěn)定性也是需要重點(diǎn)考慮的問題。圖2顯示了測(cè)量到的參考同位素的離子電流與激光頻率的關(guān)系(參考同位素的離子電流可以用來精確測(cè)量原子阱裝載速率, 1.3節(jié)會(huì)進(jìn)行詳細(xì)介紹)?？梢钥吹? 即使將激光頻率選在峰頂?shù)奈恢? 1 MHz的頻率偏移依然會(huì)給離子電流帶來2.5%的變化。如果將激光頻率選擇在峰腰的位置, 1 MHz的頻率偏移甚至可以導(dǎo)致離子電流15%的變化。

圖2 83Kr離子電流信號(hào)與激光頻率的關(guān)系圖

我們?cè)O(shè)計(jì)搭建了一套拍頻鎖激光穩(wěn)頻系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)以上的方案(圖3), 一臺(tái)參考激光通過調(diào)制轉(zhuǎn)移光譜鎖定在84Kr的循環(huán)躍遷上。用來做原子阱痕量分析的激光通過光學(xué)鎖相環(huán)與參考激光拍頻鎖定在一起。光學(xué)鎖相環(huán)的本振是一臺(tái)頻率相對(duì)精度達(dá)2×10?6的直接數(shù)字合成頻率源(direct digital synthesizer, DDS)。通過控制本振的頻率可以調(diào)節(jié)分析激光與參考激光的頻率差, 使分析激光與81Kr或83Kr共振。圖4顯示了激光頻率鎖定后頻譜分析儀顯示的拍頻信號(hào), 信號(hào)的3dB線寬已經(jīng)達(dá)到了頻譜分析儀帶寬的極限, 實(shí)際線寬小于12 Hz。高精度的本振頻率源可以保證跳頻時(shí)81Kr分析激光與83Kr分析激光的頻率差精確等于它們同位素位移差。81Kr與83Kr循環(huán)躍遷同位素位移的差大約為129 MHz, 所以由本振頻率不確定度帶來的影響約為0.3 kHz, 相當(dāng)于81Kr 或83Kr裝載速率相對(duì)變化的0.1‰的水平, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原子計(jì)數(shù)測(cè)量的統(tǒng)計(jì)誤差, 因此可以忽略不計(jì)。

圖3 拍頻鎖激光穩(wěn)頻系統(tǒng)

頻率掃描范圍為100 Hz, 3dB線寬為12 Hz(受限于頻譜儀分辨率); 橫坐標(biāo)的零點(diǎn)頻率對(duì)應(yīng)84Kr循環(huán)躍遷頻率(參考激光頻率)藍(lán)移646.75 Mhz(俘獲81Kr的激光頻率相對(duì)于84Kr循環(huán)躍遷頻率的頻移為646.75 MHz)。

1.3 高精度參考同位素裝載率測(cè)量系統(tǒng)

在81Kr相對(duì)豐度分析中需要對(duì)參考同位素83Kr的裝載速率進(jìn)行精確測(cè)量。為此我們采用了測(cè)量來自MOT中離子電流的方法(Jiang et al., 2014)。83Kr同位素在MOT中相互碰撞時(shí)會(huì)發(fā)生潘寧電離或者締合電離過程, 電離產(chǎn)生的Kr+或者Kr2+離子會(huì)通過電場(chǎng)加速然后被一個(gè)法拉第杯收集。原子裝載到MOT中的速率方程如下:

式中:為原子數(shù)目; d為微分符號(hào);為時(shí)間;為原子裝載速率;/為背景氣體碰撞造成的損失,為原子在MOT中的壽命;2為Kr原子相互碰撞電離造成的損失;為碰撞系數(shù)。穩(wěn)態(tài)下, 如果電離過程造成的MOT中原子損失是最主要的一項(xiàng), 那么離子電流的強(qiáng)度正比于83Kr的裝載速率。因此, 可以通過測(cè)量離子電流來對(duì)83Kr的裝載速率進(jìn)行精確測(cè)量。圖5是為了收集離子電流而設(shè)計(jì)的高壓電極和法拉第杯。與Jiang et al. (2014)的研究不同的是, 為了減小激光照射到電極產(chǎn)生的散射光, 我們加大了電極間距, 并對(duì)其位置進(jìn)行優(yōu)化。這樣就無需將電極表面用特殊的導(dǎo)電黑漆進(jìn)行覆蓋, 消除了因?yàn)楹谄嵩斐傻姆艢夂头烹姷葐栴}。這套高壓系統(tǒng)可以在5 kV電壓下穩(wěn)定工作, 不產(chǎn)生放電。在高壓電場(chǎng)的作用下, 從MOT中心產(chǎn)生的離子被推到法拉第收集杯上, 通過電流放大器放大后被數(shù)據(jù)采集卡讀取。每個(gè)工作周期測(cè)量離子電流的時(shí)間約為0.3 min。通過長時(shí)間測(cè)量的83Kr平均裝載速率精度可達(dá)0.2‰。

(a) 為離子電流收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖, 裝置由四片半環(huán)形電極和一個(gè)法拉第杯組成, 紅色球體代表原子阱中心的原子團(tuán); (b) 為離子電流裝置的電場(chǎng)模擬圖, 電極1～4的電壓分別為4000 V、2200 V、2300 V和1100 V; 藍(lán)色線條表示離子飛行軌跡, 紅色線條為電場(chǎng)等勢(shì)線。

圖5 離子電流收集系統(tǒng)示意圖

Fig.5 Schematic of ion-current-collecting system

2 測(cè)量結(jié)果與討論

2.1 測(cè)量流程

為了實(shí)現(xiàn)高精度的81Kr相對(duì)豐度測(cè)量, 我們采用了以下測(cè)量流程: ①交替測(cè)量81Kr同位素和參考同位素83Kr。測(cè)量時(shí)間分別為2 min和0.3 min。通過快速切換, 可以將系統(tǒng)效率緩慢漂移帶來的影響消除; ②81Kr的測(cè)量通過單原子計(jì)數(shù)的方法來完成,83Kr的測(cè)量通過離子電流的方法來完成。

2.2 測(cè)量誤差

原子阱痕量檢測(cè)裝置測(cè)量的是81Kr和83Kr裝載率的比值。其測(cè)量誤差包括81Kr的測(cè)量誤差和83Kr的測(cè)量誤差。表示為如下的公式:

式中: σ(81Kr)為81Kr裝載率的測(cè)量誤差, 其來源主要是原子計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差, 在實(shí)驗(yàn)中原子計(jì)數(shù)一般會(huì)達(dá)到2500個(gè)原子左右, 相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差為2%; σ(83Kr)為電流法測(cè)量83Kr裝載率的誤差。每次測(cè)量相對(duì)誤差在千分之幾的水平。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中要對(duì)83Kr裝載率進(jìn)行多次測(cè)量, 最后得到的平均裝載率的誤差大約為0.2‰, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于81Kr裝載率的測(cè)量誤差。根據(jù)上面的誤差合成公式, 總測(cè)量誤差的貢獻(xiàn)主要來自于81Kr的測(cè)量誤差(約2%),83Kr的測(cè)量誤差貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。

2.3 穩(wěn)定性測(cè)試

為了測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性, 我們?cè)?0 d內(nèi)對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代Kr樣品進(jìn)行了多次測(cè)量。測(cè)量中控制系統(tǒng)的工作氣壓恒定。測(cè)量結(jié)果如圖6所示?？梢钥吹较到y(tǒng)的穩(wěn)定性很好, 所有測(cè)量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是自洽的。單次測(cè)量的誤差可以達(dá)到2%。

例3（2007年全國高考理二第12題）設(shè)F為拋物線y2=4x的焦點(diǎn)，A、B、C為該拋物線上三點(diǎn)，若，則

2.4 系統(tǒng)誤差

由于在實(shí)際測(cè)量中樣品氣體的氣壓會(huì)不可避免地發(fā)生改變, 因此需要研究由工作氣壓變化引起的系統(tǒng)誤差。為此測(cè)量了同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代Kr樣品在不同工作氣壓下81Kr/83Kr值。圖7顯示了在兩種不同工作模式下81Kr/83Kr值對(duì)氣壓的依賴關(guān)系。第一種是流氣模式, 此模式下進(jìn)入系統(tǒng)的樣品氣體會(huì)被分子泵抽走, 測(cè)量過程中需要不斷進(jìn)樣以維持ATTA系統(tǒng)中的氣壓。這個(gè)模式對(duì)應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代Kr樣品的測(cè)量。在此模式下可以看到隨著工作氣壓的增加,81Kr/83Kr值有一個(gè)線性的變化。氣壓從2.3×10?4Pa變到3.8×10?4Pa的過程中,81Kr/83Kr值的相對(duì)變化約為10%(圖7a)。

第二種工作模式是閉循環(huán)模式。此模式下, 進(jìn)入系統(tǒng)的樣品氣體不會(huì)被分子泵抽走, 而是被送到真空系統(tǒng)的前端重新循環(huán)。在測(cè)量過程中只需在開始時(shí)將樣品一次性放入真空系統(tǒng), 后續(xù)測(cè)量時(shí)真空系統(tǒng)內(nèi)氣體進(jìn)行內(nèi)循環(huán)。由于Kr在經(jīng)過系統(tǒng)射頻激發(fā)區(qū)的過程中會(huì)有部分樣品被電離注入到真空系統(tǒng)腔壁, 因此測(cè)量時(shí)系統(tǒng)中Kr樣品量會(huì)緩慢減少。為了使射頻激發(fā)區(qū)工作狀態(tài)穩(wěn)定, 需要緩慢地向系統(tǒng)內(nèi)加入Xe以保持總工作氣壓的恒定。在這個(gè)模式下測(cè)得的81Kr/83Kr值對(duì)殘余氣體分析器(residual gas analyzer, RGA)分析得到的Kr氣壓的依賴關(guān)系如圖7b所示。在Kr分壓從2.0×10?4Pa變化到3.7×10?4Pa 時(shí),81Kr/83Kr值的相對(duì)變化大約為12%。另外與流氣模式不同, 在這個(gè)模式下81Kr/83Kr值對(duì)氣壓的依賴呈現(xiàn)了一個(gè)比較復(fù)雜的關(guān)系, 不能用一個(gè)簡單的線性關(guān)系來描述。這可能與閉循環(huán)測(cè)量過程中系統(tǒng)內(nèi)Kr與Xe的分壓一直在變化有關(guān), 需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來揭示其原因和建立校正這一系統(tǒng)誤差的方法。

圖6 81Kr/83Kr系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

2.5 系統(tǒng)性能分析

本研究介紹的原子阱痕量分析裝置與目前世界上其他幾臺(tái)原子阱裝置相比最主要的特點(diǎn)是, 具備進(jìn)行高精度81Kr相對(duì)豐度測(cè)量的能力。表1給出了目前世界上幾臺(tái)在運(yùn)行的原子阱裝置的參數(shù)。

美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的ATTA-3裝置搭建于2012年(Jiang et al., 2012)。這臺(tái)儀器的測(cè)量精度主要受到了較低原子計(jì)數(shù)率的限制。中科大2017年搭建的ATTA-8101儀器在減少樣品量方面取得了重要進(jìn)展, 除了能測(cè)量地下水樣品以外, 還能測(cè)量小體積的冰芯樣品, 但受限于參考同位素的測(cè)量精度及樣品的交叉污染,81Kr同位素相對(duì)豐度的測(cè)量精度在4%左右(Jiang et al., 2019)。本研究的目標(biāo)主要是發(fā)展高精度原子阱痕量分析裝置, 這臺(tái)裝置在測(cè)量精度上有了顯著提升, 對(duì)81Kr同位素相對(duì)豐度的測(cè)量精度提高到了2%, 是目前在運(yùn)行的同類裝置中最高的, 主要得益于這臺(tái)裝置的高原子計(jì)數(shù)率及高精度的參考同位素測(cè)量方法。這臺(tái)高精度原子阱裝置需要的樣品量比其他兩臺(tái)裝置要大, 主要是為了將測(cè)量中交叉污染的影響控制在可以忽略的水平(小于0.5%)。對(duì)于地下水研究來說, 對(duì)樣品量的限制比較寬松, 因此較大的樣品體積是可以接受的。

圖7 流氣模式(a)和閉循環(huán)模式(b)下81Kr/83Kr值對(duì)Kr氣壓的依賴關(guān)系

表1 世界上幾臺(tái)原子阱痕量分析裝置參數(shù)對(duì)照表

注: Kr樣品量是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為273 K、壓強(qiáng)為100 kPa)下的氣體體積。

3 結(jié) 論

(1) 本研究報(bào)道了一套高精度原子阱系統(tǒng), 通過采用高精度的拍頻頻率鎖定系統(tǒng)和離子電流探測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了81Kr同位素相對(duì)豐度的高精度測(cè)量。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代樣品單次測(cè)量的精度可達(dá)2%。在這個(gè)測(cè)量精度下,81Kr定年下限可擴(kuò)展到0.02 Ma, 對(duì)于年輕樣品的定年誤差約為7000 a。

(2) 本研究在驗(yàn)證高精度原子阱裝置穩(wěn)定性的前提下, 研究了系統(tǒng)工作氣壓帶來的系統(tǒng)誤差。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)流氣模式下的系統(tǒng)誤差可以通過簡單的線性關(guān)系式校正, 但是閉循環(huán)模式下的系統(tǒng)誤差比較復(fù)雜, 需要通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來揭示其原因, 建立校正這一系統(tǒng)誤差的方法。

致謝:感謝中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所陳宗宇研究員和中山大學(xué)陳建耀教授的建設(shè)性意見和建議。

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Yechieli Y, Yokochi R, Zilberbrand M, Lu Z T, Purtschert R, Sueltenfuss J, Jiang W, Zappala J, Mueller P, Bernier R, Avrahamov N, Adar E, Talhami F, Livshitz Y, Burg A. 2019. Recent seawater intrusion into deep aquifer determined by the radioactive noble-gas isotopes81Kr and39Ar., 507: 21–29.

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Atom trap system for high-precision radiokrypton dating

ZHAO Zhixia1, 2, YAN Jingwen1, 2, LI Hao2, 3, JIANG Wei1, 2, 3*, LU Zhengtian1, 2, FLORIAN Ritterbusch2, 3, YANG Guomin2, 3

(1. School of Physical Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui, China; 2. CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230026, Anhui, China; 3. Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui, China)

An atom trap system capable of measuring the relative isotopic abundance of the81Kr isotope at a part per trillion level is developed. A beat-lock laser system is used to ensure laser frequency stability and improve measurement precision. Moreover, the trap loading rate of the reference isotope is measured precisely by applying an ion-current method. The results show that the precision and stability of a single measurement of the relative abundance of the81Kr isotope in a modern Kr sample can reach 2%. With future developments that control the systematics, this atom trap system can be used for high-precision radiokrypton dating.

81Kr dating; radiokrypton dating; atom trap trace analysis

O562

A

0379-1726(2022)05-0611-06

10.19700/j.0379-1726.2022.05.009

2021-01-06;

2021-01-27

科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFA0302200)、國家自然科學(xué)基金委國家重大科研儀器研制項(xiàng)目(41727901)和安徽省量子通信與量子計(jì)算機(jī)重大項(xiàng)目引導(dǎo)性項(xiàng)目(AHY110000)聯(lián)合資助。

趙志霞(1995–), 女, 碩士研究生, 核能與核技術(shù)工程專業(yè)。E-mail: zhxzhao@mail.ustc.edu.cn

蔣蔚(1979–), 男, 教授, 主要從事超靈敏同位素檢測(cè)和原子物理方面的研究。E-mail: wjiang1@ustc.edu.cn