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在美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）的資助下，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LANL）正在制造一個(gè)新的傳感器原型機(jī)，用于在現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)和表征化石燃料資源和廢料中的稀土元素。

稀土元素對(duì)制造醫(yī)療設(shè)備、能源系統(tǒng)部件、國(guó)防設(shè)備、現(xiàn)代電子器件以及許多其他消費(fèi)產(chǎn)品極為重要。在許多情況下，這些稀土元素不能通過(guò)其他礦物替代，少數(shù)國(guó)家控制了全球大部分稀土元素的供應(yīng)。

洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在利用他們的專業(yè)知識(shí)，研制一種背包大小的現(xiàn)場(chǎng)便攜式儀器，用于同時(shí)對(duì)稀土元素進(jìn)行化學(xué)分析和礦物學(xué)分析。具體而言，洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)正在將他們?cè)诩す庹T導(dǎo)擊穿光譜分析法（LIBS）方面的研究與拉曼光譜分析法相結(jié)合。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法利用一個(gè)聚焦激光束燒蝕樣品表面物料，產(chǎn)生一個(gè)溫度約為太陽(yáng)表面溫度兩倍的等離子體。該等離子體由樣品的原子和離子組成，發(fā)射特定波長(zhǎng)的光，根據(jù)這些波長(zhǎng)即可測(cè)定樣品的化學(xué)組成。拉曼光譜法利用一個(gè)綠色激光束照射樣品（在洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中），樣品中的礦物以特定頻率振動(dòng)，根據(jù)這些頻率即可測(cè)定稀土元素的礦物組成。了解含稀土元素物料的礦物學(xué)特征有助于確定從可能的原料提取和分離稀土元素的方法。

這種集成了激光誘導(dǎo)擊穿光譜法和拉曼光譜法的儀器允許在單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀器內(nèi)分析評(píng)估樣品的化學(xué)組分和礦物組成，并且在分析前不需要進(jìn)行樣品制備。這臺(tái)儀器在10秒鐘內(nèi)可以快速測(cè)定樣品的化學(xué)組分及含量，用于勘探含高品位易提取稀土元素的資源時(shí)可以節(jié)省時(shí)間和成本。據(jù)估計(jì)，在目前的技術(shù)開發(fā)階段，激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析儀的檢測(cè)限低于10 ppm。稀土元素常見(jiàn)于磷酸鹽巖中，但是該儀器也可以檢測(cè)硫酸鹽巖和碳酸鹽巖中的稀土元素。

國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室礦物可持續(xù)性團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目經(jīng)理Jessica Mullen表示，“洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制的集成化、便攜式激光誘導(dǎo)擊穿光譜法+拉曼光譜法分析儀最早是該實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）為在火星上使用而合作開發(fā)的。在國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的資助下，研究人員正在探索該技術(shù)的更合適用途。通過(guò)以新的方式應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)以及將這些技術(shù)用于新的用途，國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室及其在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和能源部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作伙伴正在開發(fā)傳統(tǒng)的燃料資源的新用途，這將激勵(lì)進(jìn)行新的環(huán)境修復(fù)，同時(shí)也創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)，在這一過(guò)程中，為在經(jīng)濟(jì)衰退中備受煎熬的煤炭開采地區(qū)注入新的活力。”

目前，研究人員正在將集成化的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀和拉曼光譜儀設(shè)計(jì)成為一臺(tái)可裝入背包的便攜式現(xiàn)場(chǎng)儀器，計(jì)劃在今年夏季開始實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。