超高灵敏加速器质谱技术及应用进展

姜 山

(1.启先核科技有限公司，北京 102413；2.中国原子能科学研究院，北京 102413)

20世纪70年代末诞生的加速器质谱(accelerator mass spectrometry, AMS)[1-2]是一种基于加速器和离子探测器的高能质谱，其克服了传统质谱的分子本底和同量异位素本底干扰的限制，具有极高的同位素丰度灵敏度(可达10-15)，且样品用量少(ng量级)、测量时间短。因此，AMS为地质、海洋、考古、环境等许多学科研究的深入发展提供了一种强有力的测试手段。

AMS的发展可以追溯到1939年，Alvarez等[3]利用回旋加速器测定自然界中3He。之后的近40年中，由于重粒子探测技术和加速器束流品质等条件的限制，一直没有开展关于AMS的研究。随着地质学、考古学等对14C、10Be等长寿命宇宙成因核素测量需求的不断增强，为解决衰变计数方法和普通质谱测量方法测量灵敏度不够高的问题，1977年，Stephenson等[4]提出用回旋加速器探测14C、10Be等长寿命放射性核素。同时，美国Rochester大学的研究小组提出了用串列加速器测量14C[1-2]。加拿大McMaster大学和美国Rochester大学几乎同时发表了用串列加速器测量自然界14C。从此，AMS作为一种核分析技术迅速发展起来。截至2017年，AMS国际会议已召开14次，有150多个实验室开展了相关工作，我国有中国原子能科学研究院[5]、北京大学、中国科学院地球环境研究所(西安)和中国科学院地球化学研究所(广州)等15个实验室的20台AMS装置已开展或将要开展相关工作。

AMS主要用于分析自然界长寿命、微含量的宇宙射线成因核素，如10Be(1.5×106a)、14C(5 730 a)、26Al(7.5×105a)、32Si(172 a)、36Cl(3.0×105a)、41Ca(1.0×105a)、129I(1.6×107a)等，其半衰期为102～108a，天体和宇宙间许多感兴趣的过程正是在这个时间范围内。作为年代计和示踪剂，这些与宇宙射线成因有关的核素可提供自然界许多运动、变化以及相互作用等相关信息。

1 AMS基本原理和装置

1.1 工作原理

AMS是可排除分子本底和同量异位素本底干扰的同位素质谱，其原理图示于图1。

AMS具备以下优点：1) 能够排除分子本底干扰。在加速器的中部有一个剥离器(薄膜或气体)，当分子离子穿过剥离器时，由于库仑力的作用使分子离子被瓦解。2) 通过粒子鉴别消除同量异位素干扰。利用重离子探测器，高能(MeV)带电粒子在介质中穿行时，根据不同质荷比离子的能量损失速率不同进行同量异位素鉴别。按照离子能量高低、质量数大小，可分为多种不同类型的重离子探测器。另外，也可通过在离子源引出分子离子，通过高能量的串列加速器对离子全部剥离、充气磁铁、激发入射粒子X射线等技术排除同量异位素。3) 减少散射干扰。离子经过加速器加速后，能量提高使散射截面下降，改善了束流的传输特性。

图1 加速器质谱原理图Fig.1 Principle diagram of AMS

1.2 加速器质谱装置

典型的AMS装置由离子源与注入器、加速器、高能端磁(电)分析器、探测器等部件组成。中国原子能科学研究院(CIAE)的AMS装置图示于图2。

1.2.1离子源与注入器 AMS一般采用Cs+溅射负离子电离源，即由铯锅产生的Cs+经加速和聚焦后溅射到样品表面，样品被溅射后产生负离子流，在电场作用下负离子流从离子源引出，离子流一般在0.1～100 μA范围内。为达到束流强度高和排除同量异位素的目的，离子源不仅引出原子负离子，也经常会引出分子负离子。AMS测量对离子源的要求是束流稳定性好、发射度小、束流强度高，此外，还要求多靶位、更换样品速度快。目前，一个多靶位强流离子源最多可达130多个靶位。

AMS注入器一般为磁分析器，是对离子源引出的负离子进行质量选择，然后通过预加速将选定质量的离子加速到100～400 keV，再注入加速器中继续加速。AMS注入器一般采用大半径(R>50 cm)的90°双聚焦磁铁，要求其具有较强的抑制相邻强峰拖尾的能力，即要具有较高的质量分辨能力，在保证传输效率的前提下，M/ΔM越大越好。另外，在磁分析器前加上一个静电分析器，也是抑制相邻强峰拖尾的有效方法。

图2 中国原子能科学研究院的AMS装置Fig.2 Schematic diagram of the CIAE-AMS system

1.2.2加速器 大多数AMS所用的加速器为串列加速器，加速电压为1～14 mV。被注入到加速器中的负离子，在加速电场中首先进行第一级加速，当离子加速运行到头部端电压处，由膜(或气体)剥离器剥去外层电子变为正离子(此时分子离子被瓦解)，随即进行第二级加速得到较高能量的正离子[6]。

1.2.3高能分析器 经加速器加速后的正离子包括多种元素、多种电荷态q(多种能量E)。为了选定待测离子，需要对高能离子进行选择性分析。AMS高能分析器主要有磁分析器、静电分析器、速度选择器。

1.2.4粒子探测器 离子束流经过高能分析后，选定M/q值，但有两种离子仍不能被排除：与待测离子具有相同电荷态的同量异位素(例如，测量36Cl时不能排除具有相同电荷态的36S)；在测量重离子时，不能完全排除与待测离子具有相同电荷态的相邻同位素。同量异位素、重粒子相邻同位素与所要测量的粒子一同进入探测器系统。因此，粒子探测器在原子计数的同时要鉴别同量异位素和重粒子相邻同位素。粒子探测器主要分为同位素鉴别与同量异位素鉴别两类。

2 AMS技术发展

2.1 仪器技术

目前，全球AMS技术可以划分为四个发展阶段。

第一阶段：从20世纪70年代末到80年代末，为发展初期阶段。这一时期大多数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，其特点是：1) 装置非专用，只有部分束流时间用于AMS测量；2) 加速器的能量较高，测量费用较高；3) 由于加速器非专用，AMS系统稳定性差，传输效率较低。

第二阶段：从20世纪90年代初到21世纪初，为专用化阶段。随着考古、地质、环境等学科的发展，发展初期的非专用AMS装置已不能满足用户需求，开始出现AMS专用装置，至2002年，国际上专用的AMS装置数量接近50台[7]。这些专用AMS装置大多基于串列加速器，加速器的端电压为5、3、1和0.5 mV。这一时期的特点是：1) AMS装置专门用于14C、10Be、129I等核素的分析与应用；2) 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[8]主要用于海洋学研究；英国York大学的AMS设备用于药物研究[9]。

第三阶段：从2001到2015年为小型化和标准化阶段。由于大型设备运行维护费用非常高，AMS装置向紧凑和低成本的小型化、简单化的方向发展。2004年美国NEC公司推出一种新的AMS系统，即基于0.25 MV单级静电加速器的AMS系统(SSAMS)[10]；瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)的AMS实验室与美国NEC公司合作研制了端电压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，2004年，本课题组提出采用6 MV的串列加速器，立即得到国际认同。目前，国际上已经有5台6 MV的AMS装置。

第四阶段：从2016年到未来的若干年是新型AMS的发展阶段。AMS将摆脱传统负离子源、剥离器系统和串列加速器等核心部件，采用正离子源、低能加速段(100 kV范围)或取消加速器等技术。通过改进核心部件和重新设计系统，使AMS朝着更加小型化和更高灵敏度的方向发展。这一阶段代表性的仪器有以下3种：

1) 基于正离子源的质谱系统(positive ion mass spectrometry, PIMS)。PIMS是由英国格拉斯哥大学的Freaman联合美国NEC公司和法国Pantenik研究所于2015年提出的14C专用测量系统[12]，其结构示于图3。该系统采用CO2进样，利用单电荷态ECR源将CO2电离成C+离子，然后将离子加速到30或60 keV，穿过异丁烷气体将C+离子转换为C-离子，同时将分子离子分解，通过磁分析器和静电分析器排除干扰后，采用面垒型半导体探测器对14C进行测定。PIMS不需要加速器，这使设备更加小型化。该系统的主要优点是气体进样，不需制备石墨化样品。不足之处是：30 kV的14C+离子难以较好地排除分子离子干扰；离子电荷转换(正离子转化为负离子)穿过气体时，负离子的转换效率较低。这两个问题导致PIMS的丰度灵敏度限制在10-15。

图3 通过新方法测量放射性碳的示意图[12]Fig.3 Schematic diagram of radiocarbon measurement by new method[12]

2) 基于多电荷态的电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)离子源的质谱系统。ECR-MS是一种基于多电荷态电子回旋共振离子源的同位素质谱仪，其结构与磁质谱基本相同，示于图4。由于多电荷态ECR离子源具有束流强、离子能量离散小、没有分子离子干扰和同量异位素干扰较弱等优点，其测量同位素的丰度灵敏度能够达到10-13～10-15，适用于U、Pu、锕系等重元素和一些轻核素(如H、He、Li、Be、B、C、N和O等)同位素的高精度测量。

ECR-MS将AMS与传统同位素质谱相结合，虽然省去了加速器，但对于无同量异位素干扰的待测核素，部分保留了AMS 测量的高灵敏度指标和MS测量的高精度指标。对于10Be、14C、36Cl和41Ca等存在同量异位素核素的测量，只需增加一个加速段提高离子能量，再利用吸收膜和气体电离室等手段就可将测量丰度灵敏度提高至10-15以上。

图4 ECR-AMS装置结构示意图Fig.4 Schematic diagram of ECR-AMS device

3) 基于多电荷态ECR的AMS系统，即ECR-AMS。随着AMS应用研究的不断深入，10-15量级的丰度灵敏度已无法满足科研需求。如对10Be的研究，需要测定其更老的年代时，只有在丰度灵敏度为10-16～10-17时，才能得到有效计数。再如：14C的考古和定年需要测定5～8万年甚至更长年代，10-15的丰度灵敏度只能给出5万年以内的年龄数据，需要将丰度灵敏度提高到10-16～10-17范围。为实现提升AMS丰度灵敏度10～100倍的目标，姜山和欧阳应根于2017年提出了基于多电荷态ECR离子源的加速器质谱，即ECR-AMS。

2.2 核心部件技术

2.2.1离子源技术 AMS实验中使用最普遍的是Cs溅射负离子源，对于测量同位素丰度比相差较大的未知样品与标准样品来说，需要较大的离子束流和较小的离子源记忆效应。

1) 固体离子源

由于固体Cs溅射负离子源可以降低同量异位素干扰，且对AMS经常测量的核素有较适用的负离子产率[1,13]，所以至今仍应用于大多数AMS系统。通常，待测样品需要转换成固体单质(如CO2转换成石墨)或化合物，与Ag或Nb粉混合压入靶锥，以增强样品的导电、导热性。近年来，将PbF2粉末与待测样品混合作为靶材料取得了可喜的实验结果[14]。固体Cs溅射负离子源推动了AMS技术的迅速发展，其性能和可靠性仍在不断探索改进中。

2) 气体离子源

1984年，Middleton[15]对气体离子源进行调查研究。对于14C测量，该方式不但可以简化样品制备流程，且对于样品量极少的情况，可以有效避免制备过程中的样品损失。由于一系列实验结果并不尽如人意，直到2004年才由Skipper等[16]成功完成，其测量的样品量可低至50 ng。一般情况下，这种离子源是把气体吸附能力较强的Ti粉压入靶锥，通过特殊的流气装置将气体传输到靶锥表面，然后通过Cs溅射产生实验需要的离子束流。但是，由于气体离子源产生的束流较固体源低，源内的交叉污染较强，所以目前仍在不断发展与完善。

3) 其他离子源

一些其他类型的正、负离子源被用于测量14C等核素。例如，Roberts等[17]研制的紧凑型微波离子源可以产生大约500 μA的C+，然后通过Mg蒸汽转变成C-，从而进行常规的AMS测量；Hotchkis等[18]研制的电子回旋共振离子源，通过产生C+离子束排除CH、CH2的分子离子，然后经过Rb蒸汽室转变为负离子的方法进一步排除N干扰，最后把14C-引出进行AMS分析。

2.2.2在线化学 近年来，发展的射频四级透镜(RFQ)技术为减少AMS测量中同量异位素干扰提供了一种新手段。其原理是在低能端装有一个气体反应室，通过RFQ控制反应条件，当离子穿过气体反应室时，根据不同核素气相反应阈值的差异，一些负离子会转化为中性粒子被排除，从而达到对同量异位素分离的目的。如，对于放热反应SF5-+SiF4→SF4+SiF5-，SiF4气体很容易形成超卤素阴离子[14]，因此可以达到排除SF5-的目的。此技术已成功应用于36Cl的低能AMS测量，36Cl/Cl的检测限可达10-14 [19-20]。Kieser等[21]基于小型AMS装置测量135Cs、137Cs和90Sr，将PbF2粉末与样品混合均匀，采用离子源引出CsF2-与SrF3-的方法，成功地减小了同量异位素本底135Ba、137Ba和90Zr的干扰，对于CsF2-可减小BaF2-干扰约104倍，使得135Cs、137Cs的测量灵敏度分别达7×10-15和1×10-14。对于SrF3-可减小ZrF3-干扰约103倍，测量灵敏度可达10-16。

2.3 测量技术

2.3.1样品引出形式 Anbar等[22]采用普通质谱技术从离子源引出CN-进行放射性C定年实验时，首次实现了在负离子源模式减弱原子的同量异位素干扰。多年来，该现象在理论上没有得到合理的解释，但在一些核素的AMS测量中却得到了验证，如：41Ca测量中引出CaH3-可以有效降低41K的干扰[23]；182Hf测量中引出HfF5-可以把182W的干扰减小几个数量级[24]；赵晓雷等[14]对离子源引出超卤素阴离子进行了系统研究。

2.3.2样品制备与离子源进样技术 AMS测量中，一般需要在样品中加入载体提取待测核素，这样不仅影响样品的测量灵敏度，而且会引入干扰。近几年发展起来的无载体样品分析技术，不仅简化了样品制备流程，而且在很大程度上避免了载体加入过程中对样品的污染，有效提高了测量灵敏度。Maden等[25]将少量无载体Be(100 ng)沉积在洁净的基体上，然后被一个聚焦较好的Cs束(SIMS离子源)溅射，样品中原始的10Be/9Be值能够被直接测量，其优点是这种方法测量的10Be/9Be值比加载体低3～5个数量级。另外，对于129I、236U等核素测量，无载体的样品制备方法也发展起来[26-27]。

美国NEC公司针对14C-AMS测量发展了一种液体样品AMS测量技术，即通过激光灼烧液体，产生CO2气体直接进入气体离子源进行AMS测量[28]，该方法在很大程度上简化了14C测量中的样品制备流程。同时，美国阿贡国家实验室针对锕系元素的分析研制出一种电子回旋共振(ECR)离子源用于AMS测量的新型装置[29]，该装置通过激光灼烧技术将锕系材料输送到离子源，然后通过加速器加速、m/q选择感兴趣的核素进行测量。无独有偶，ETH公司推出一种激光消融耦合系统[30]：石笋、珊瑚等碳酸盐固体样品被放在密封的消融室内，使用激光脉冲束聚焦在固体表面对样品进行持续分解，固体消融产生的CO2与He气一起进入AMS气体离子源，CO2产率可以通过调节激光频率进行控制，该方法可用来分析直径小于150 μm的固体颗粒。

2.3.3探测技术 经过30多年发展，已有多种探测方法成功应用于AMS测量与核素分析，如：ΔE-E气体电离室、Bragg探测器[31]、飞行时间探测器(TOF)[32-33]、充气飞行时间探测器(GF-TOF)[5,34-35]、PX-AMS[36-37]等。

目前，CIAE的AMS实验室已经采用上述探测技术对32Si、36Cl、53Mn等多种核素实现了高灵敏测量[38-41]。目前，国际上测量的主要长寿命核素列于表1。

3 AMS的应用研究进展

3.1 核科学与技术

3.1.1长寿命核素半衰期测量 如果所测核素半衰期较长，在一定的测量时间内放射性核素的强度变化很小，难以用直接测量方法测定其半衰期。AMS测定半衰期是利用衰变率公式dN/dt=Nλ，用常规放射性方法测定衰变率的dN/dt，用AMS方法测量长寿命核素的原子数目N。国际上，60Fe、44Ti、79Se等约20个核素的半衰期是通过AMS方法测量的，其中79Se、32Si和151Sm的半衰期由CIAE的AMS小组测量[3-4]。

AMS测量核反应微小截面的公式如下:

(1)

式中，Np、Nt分别为子核与靶核的原子个数，φt为入射粒子在照射时间t内的总注射。由于产物核半衰期较长，同时靶核数目比照射所生成的放射性子核的数目大很多，故可认为子核数目没有衰变，且靶核数目不变。

目前，国际上有30多个核反应截面是用AMS测定的，其中CIAE测量了14N(16O,α)26Al、238U(n,3n)236U、60Ni(n,2n)59Ni和93Nb(n,2n)92Nb等反应截面[7-9]，为相关研究提供了重要数据。AMS也可以开展不稳定核素的核反应截面(级联核反应)测定，如对于180Hf(n,γ)181Hf(n,γ)182Hf反应[60]。

3.1.2在自然界中寻找超重元素 自然界是否存在超重元素，这是核物理界乃至科学界一个重要的科学问题。假如自然界存在超重元素，首先必定是长寿命核素，其次含量一定极低。因此，AMS是寻找超重元素最有利的方法之一。

表1 AMS测量的主要核素Table 1 Major nuclides determined by AMS

3.1.3天体核合成截面测量 国际上已经开展了利用AMS测量天体核合成截面的多项工作。例如，26Al和44Ti是目前在天体中仍然可以观察到的放射性核素，表明它们仍在一直不断的合成中。开展天体温度下26Al和44Ti合成截面测量可为研究天体演化提供关键的数据[7,20-21]。 中子俘获核合成过程也是重要的研究课题，如58Ni(n,γ)59Ni、62Ni(n,γ)63Ni和78Se(n,γ)79Se等。宇宙射线与陨星、月球岩石及地球的一些物质反应生成长寿命核素，如41K(ν, e-)41Ca反应产生的41Ca等是开展太阳中微子等宇宙射线研究的重要手段。

3.1.4核设施流出物监测 针对核电站、后处理厂等核设施流出物(包括气体和液体)的监测，对于3H、14C、90Sr、129I、41Ar、85Ke和133Xe等长寿命核素，采用传统的放射性测量存在取样量大，取样、样品处理和测量时间长等问题，导致测量精度和检测限不能满足要求。AMS在测量速度、测量精度和检测限等方面都有显著优势。

3.1.5环境与核应急监测 AMS是环境和核应急监测的理想测量仪器。2011年日本福岛核事故后北京地区大气颗粒物129I与131I的浓度变化情况监测结果示于图5[61]。

图5 2011年福岛核事故期间，北京地区大气颗粒物129I与131I的浓度变化[61]Fig.5 Concentration changes of atmospheric particulate matter 129I and 131I in Beijing during the Fukushima nuclear accident in 2011[61]

3.2 在医学中的应用

3.2.1疾病早期诊断 呼气实验已广泛应用于诊断消化系统疾病，通过直接测定呼气成分或在摄入特定药物后测定呼气中的标志性气体，实现对受试者机体生理、病理状态的非侵入性判断，具有无创、简便及可定量检测的优点。近年来，AMS仪器小型化使其在疾病诊断中优势凸显，CIAE的AMS小组与有关单位合作，用14C标记开展了“胃排空”实验和“胃幽门螺旋杆菌”诊断方法研究[62]。

通过AMS/MS对同位素指纹测量诊断疾病也是发展重点。以钙同位素指纹为例，48Ca/40Ca比值在骨骼等硬组织和细胞等软组织中的差别较大[63-64]。如果血液和尿液中48Ca/40Ca比值的测量结果与骨骼中48Ca/40Ca的值接近，表明血液里多数钙来源于骨骼，从而可确诊骨质疏松疾病。

3.2.2药物研发 AMS在药物吸收、分布、代谢和排泄中，尤其是药物预筛选和临床药理研究中具有很大潜力。AMS对14C的探测灵敏度比液闪法高5～6个数量级。使用AMS分析微剂量的14C同位素示踪，无需复杂的辐射防护安全机构的审批程序，减少了放射性废物的处理费用和对昂贵的14C标记化合物的消耗。AMS可以对多种候选药物进行快速筛选和人体临床实验，如研究每种药物与DNA的加合反应情况，从分子水平和实际使用剂量水平对其基因毒性做出比较和判断，避免了传统方法采取长期和高剂量动物实验观察生物效应终点的缺陷。采用AMS在Ⅰ期临床试验中或试验前就可以采集人体吸收、分布、代谢和排泄(ADME)数据，有助于在药物开发早期进行决定性判断，大幅减少药物开发风险，并缩短药物面向市场的周期。

3.3 在环境中的应用

3.3.1城市污染监测 PM2.5污染物来源于化石燃烧或生物质燃烧，一些常规测量手段不能直接区分这两类燃烧。通过AMS测量14C能够准确区分PM2.5污染物的来源。建立化石源CO2排放的定量监测手段，在科学和服务国家需求层面上具有重要意义。Zhou等[65]选取西安市作为研究案例,开展了城市大气CO2排放的14C连续监测研究，将大气气体和一年生植物样品结合进行化石燃料CO2时空分布的示踪研究，并对大气14C进行长期研究，得到了西安市不同区域化石源CO2浓度的时空分布特征，揭示了人类活动对西安大气CO2的贡献。

青藏高原周边广泛存在大气严重污染区域，这些污染物可通过大气环流进入高原，将对气候和环境产生影响。丛志远等[66]对该传输机制进行了深入研究，表明珠峰地区大气气溶胶中二元羧酸与有机碳、元素碳的浓度变化显著相关。不同有机酸之间的比值，如丙二酸/丁二酸、马来酸/富马酸均指示珠峰地区的有机气溶胶变化，而其他因素(如二次生成、光化学氧化等)的贡献并不显著。

3.3.2全球气候变化 温室效应是全球气候变化研究的重要课题之一，直接影响全球气候变暖、冰川消融，给人类带来灾难性的后果。大气中二氧化碳、甲烷等温室气体的浓度明显增加是导致这一效应的主要因素之一。大气中甲烷可能的来源有天然气管道泄漏(不含14C的死碳)、家畜或废物掩埋、生物体燃烧或其他天然系(如矿石)的释放。由于大气中甲烷含量相对较低，传统方法难以检测其含量，利用AMS能够满足测量灵敏度的需求。Lowe等[67]对大气中14CH4的AMS测量结果表明，新西兰南方大约25%的大气甲烷来源于矿石；Eisma等[68]对欧州西北部大气甲烷的排放量进行研究，结果表明，除了压水堆和热水堆外，其他核装置也会产生14CH4；Guo等[69]开展了大气气溶胶污染物的来源研究，对含有大量环境信息的地质层位样品进行了14C-AMS测量，并给出精细的年代序列，有助于了解过去数万年来环境变化及其发展趋势。

3.3.3生态环境变化 澳大利亚国立大学与挪威农业大学合作[70]，利用AMS方法对取自鄂毕河和叶尼塞河河口的水和沉积物样品中Pu浓度和同位素比值进行了测量，结果表明，鄂毕河口的Pu元素仅来自于新地岛的大气核测试产生的原子尘，而叶尼塞河口的Pu则具有明显的武器原料特征，由此推测其来自于两河交界处的前苏联核武器生产和处理厂。

我国的AMS实验室在此方面开展了大量工作，如蒋崧生等[71-72]测量了我国连山关铀矿矿床附近地下水中的36Cl/Cl，并对高放射性环境周边地区的地表水和地面水中的129I进行测量，实验结果表明，高放射性周边环境水中129I的含量为108～109atoms/L，这为核污染检测提供了丰富数据；何明等[73]利用AMS开展了反应堆废水中99Tc含量的测定工作。此外，2011年3月日本福岛核事故之后，CIAE-AMS实验室[63]测量了北京周边及河北等地的大气、雨水中的129I含量，结果表明，129I的含量明显高于正常水平几个数量级。

3.4 其他应用

在生物医学方面，14C、26Al、41Ca、151Sm等核素已经被成功应用于药理学、毒理学、生物化学等方面的研究[74-79]。近年来，中国原子能科学研究院与多家研究机构合作，利用41Ca示踪剂针对生物体补钙及钙缺失所致疾病机理、骨质疏松症等进行了多方位、长期的研究，取得了较大的研究进展[80-83]，为了解骨质疏松症的发生机理和有效治疗奠定了良好基础。在核物理与核天体物理研究领域，AMS不但可以测量核素的半衰期[84-85]、核反应极微小的反应截面[86-87]、长寿命核素的聚变产率[88]，还可对珍贵的月球和陨石样品中半衰期为5 ka～15 Ma的核素进行高灵敏测量[89-96]。Vogt等[89]通过分析4个月球陨石样品中宇宙成因核素10Be、26Al、36Cl、41Ca，分别得到了这几个样品降落之前在月球上的埋藏年龄、从月球降落到地球的时间以及在地球上的存在时间。未来，AMS应用的重点领域是锕系元素分析，尤其是U和Pu等同位素的分析，对于维护现代核安全、监测核活动对全球环境的影响等具有重要意义。

4 结语

自AMS诞生以来，该技术的迅速发展以及其较高的测量灵敏度，使其能测量的核素由刚开始的14C到几乎涵盖了整个元素周期表的元素，由最初的单一领域发展到了众多科学领域，解决了许多应用方面的技术难题。未来，AMS必将成为科学领域最有意义的应用技术之一。

今天，AMS已经发展成为一项强有力的分析技术，世界范围内已经有超过100台AMS设备，且以每年4～5台的速度逐年递增。经过几代研究者的不懈努力，AMS仪器和设备的性能、可利用空间等都将得到前所未有的多元化发展。AMS发展的目标是类似普通质谱那样，形成易操作、易维护的紧凑型AMS系统，相信在不久的将来这会成为现实。