CN106875999B - 一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于靶件制备技术领域，公开了一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件。该靶件为“三明治”式结构，包括内靶筒、外靶筒和铀箔；所述铀箔位于内靶筒和外靶筒之间；所述内靶筒的内径不变，外壁为设计为锥形结构，锥度为1:160；所述铀箔包裹于内靶筒外侧，铀箔的厚度为120～150μm，铀箔的内外表面均镀了一层裂变反冲保护层，该保护层的厚度为12～18μm；所述外靶筒的外径不变，内壁设计为锥形结构，外靶筒的内径及内壁锥度分别与内靶筒的外径及外壁锥度相适配。该铀箔靶件具有解靶溶靶简单、辐照效率高且能减少放射性污染的有益效果。

Description

一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件
技术领域
本发明属于靶件制备技术领域，具体涉及一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件。
背景技术
99mTc药物是现代核医学中应用最广泛的放射性诊断药物，该核素一般是由人工放射性核素99Mo衰变得到，半衰期为66h。生产99Mo有多种途径，但是主要的途径是反应堆辐照235U通过裂变反应生成99Mo和其他产物，其中99Mo 占裂变产物的6.1％(质量百分比)。铀靶(235U)入堆后在热中子的作用下会发生裂变反应，反应截面为586b。裂变反应方程式为：
235U+n→236U+99Mo+134Sn+3n
利用高浓铀(HEU)大规模生产裂变99Mo是目前全球99Mo的主要来源，常规的高浓铀靶件为弥散体状，辐照后对铀进行溶解和化学处理。但由于高浓铀是核武器材料，其使用受到核不扩散条约(NPT)的限制。为了防止核扩散，近年国际原子能机构和美国欲积极推动应用低浓铀(LEU)生产裂变99Mo的技术，将使之成为全球裂变生产99Mo的主要方式。
低浓铀靶件与高浓铀靶件生产裂变99Mo的主要区别在于：若生产同样量的99Mo，低浓铀靶件中铀的含量为高浓铀靶件的5～6倍；低浓铀靶件裂变产物中239Pu含量增加20～30倍，并且铝的含量也大大增加，给后续制靶解靶工作及如何保证99Mo的产率和纯度带来了很大的挑战。
因此，目前急需一种能够提高辐照效率，减少自屏蔽，后续解靶简单的低浓铀铀箔靶件。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种解靶溶靶简单、辐照效率高且能减少放射性污染的低浓铀铀箔靶件。
(二)技术方案
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：
一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件，该靶件为“三明治”式结构，包括内靶筒、外靶筒和铀箔；所述铀箔位于内靶筒和外靶筒之间；
所述内靶筒的内径不变，外壁为设计为锥形结构，锥度为1:160；
所述铀箔包裹于内靶筒外侧，铀箔的厚度为120～150μm，铀箔的内外表面均镀了一层裂变反冲保护层，该保护层的厚度为12～18μm；
所述外靶筒的外径不变，内壁设计为锥形结构，外靶筒的内径及内壁锥度分别与内靶筒的外径及外壁锥度相适配。
优选地，所述内靶筒和外靶筒的材质为Al、Mg或Zr。
优选地，所述内靶筒和外靶筒的材质为Al，外靶筒和内靶筒最薄端的壁厚为 0.8～2mm。
优选地，所述裂变反冲保护层的材质为Ni，该材质是通过电镀的方式镀在铀箔上。
优选地，所述铀箔在镀裂变反冲保护层前后均进行热力性能处理，其中镀裂变反冲保护层前在400～500℃的高温炉中进行热处理2～3小时，镀裂变反冲保护层后在700℃的高温炉中热处理2～3小时。
(三)有益效果
本发明提供的铀箔靶件结构简单且便于解靶溶靶、辐照效率高，还能减少放射性污染。申请人通过将内靶筒的内径设计成内径不变的结构便于后续挤胀杆挤胀。尤其是将内靶筒的外壁设计成1:160锥度的锥形结构便于靶件辐照时散热、减少内应力及内外靶筒之间更容易紧密贴合，更重要的是便于辐照后解靶操作，内外靶筒的锥形结构使得解靶时无需对靶件进行切割，直接利用推杆从内靶筒外径小的一端将内靶筒和铀箔推出即可，保证了铀箔的完整性避免了切割对铀箔造成损害及带来的放射性污染。
附图说明
图1是外靶筒结构示意图；
图2是挤胀前的内靶筒；
图3是挤胀后的内靶筒；
图4是挤胀后靶件装配示意图；
图5是挤胀器结构示意图。其中1是底座；2是限位导轨；3是靶件基座；4是挤胀杆末端固定基座；5是靶件芯套；6是芯套上盖；7是靶件；8是挤胀杆；9是挤胀杆基座；10是挤胀杆驱动部分。
图6是挤胀杆结构示意图；其中11是前端固定段；12是挤压迎角段；13是挤胀段；14是螺纹段。
图7是低浓铀铀箔靶件结构示意图；其中15是内靶筒；16是铀箔；17是外靶筒。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件，该靶件为“三明治”式结构，如图7所示，包括内靶筒15、外靶筒17和铀箔16；所述铀箔16位于内靶筒和外靶筒之间；
所述内靶筒15的内径不变，外壁为设计为锥形结构，锥度为1:160；
所述铀箔包裹于内靶筒外侧，铀箔的厚度为150μm，铀箔的内外表面均镀了一层裂变反冲保护层，该保护层的厚度为15μm；
所述外靶筒的外径不变，内壁设计为锥形结构，外靶筒的内径及内壁锥度分别与内靶筒的外径及外壁锥度相适配；
所述内靶筒和外靶筒的材质为Al，外靶筒和内靶筒最薄端的壁厚为0.8mm。
所述裂变反冲保护层的材质为Ni，该材质是通过电镀的方式镀在铀箔上。
本实施例中外靶筒结构如图1所示，其参数为：外径Φ30mm,粗端内径Ф28.4mm，细端内径Ф26.4mm；
挤胀前内靶筒的参数为：粗端外径Ф28mm，细端外径Ф26mm，内径Ф24 mm，因胀靶时两端的损坏及后续的加工，预留铝筒长度体240mm。
加工铀箔并镀裂变反冲防护层：对厚度为150μm的铀箔进行热力性能处理，放置到高温炉中，加热400℃～500℃，持续2个小时以上，自然冷却，使铀箔最大限度蠕变定型，以使铀箔在后续的辐照过程中，尽量减小蠕变变形，以保证裂变反冲防护镀层的粘接牢固。
铀箔热处理完成后，电镀镍作为裂变反冲防护层，厚度15μm，镀膜完成后的铀箔，总厚度180μm。放置到高温炉中，加热至700℃，热力性能处理2小时，以使镀膜后铀箔最大限度蠕变定型。
将镀好Ni膜的铀箔(U-Ni金属箔)，包裹在加工好的内靶筒上，插入加工好的外铝管中，用模具将其固定；
使用挤胀器对该靶件进行挤胀，该挤胀器如图5所示，包括底座1、固定组件及驱动组件；其中底座1的材质为铬轴承钢，底座1上设有限位导轨2，该限位导轨2上带有能精确定位的刻度，固定组件、驱动组件与底座1固定连接；
所述固定组件包括靶件基座3及挤胀杆末端固定基座4，其中靶件基座3上方设置有靶件芯套5和芯套上盖6；所述靶件芯套5位于靶件基座3上设置的凹槽内，其中靶件芯套5为可开合的空心圆柱形结构，靶件7位于靶件芯套5内且该芯套的内径与靶件7的外径相匹配；芯套上盖6覆盖于靶件芯套5上方，芯套上盖6的内径与靶件芯套5外径匹配且芯套上盖6与靶件基座3固定连接；所述挤胀杆末端固定基座4位于靶件基座3的一侧，挤胀杆末端固定基座4内设置有固定孔；
所述驱动组件包括挤胀杆8、挤胀杆基座9及挤胀杆驱动部分10，其中挤胀杆 8的屈服强度不小于1200N/mm2，硬度不小于1150HU，本实施例中材质为碳钢，驱动部分为电机驱动；挤胀杆8包括一体化的螺纹段14、挤胀段13及前端固定段 11，挤胀段13和前端固定段11之间还设置有一体化的挤压迎角段12；所述挤胀段 13和前端固定段11均为柱状；挤压迎角段12为锥状，入迎角为30°，其与前端固定段11相连接的一端的直径小于与挤胀段13一端连接的直径；其中前端固定段11 的一端位于挤胀杆末端固定基座4内设置的固定孔内；挤胀段13的外径大于内靶筒的内径3％～5％，前端固定段11、挤压迎角段12的外径小于内靶筒的内径；所述挤胀杆8、靶件7及固定孔的轴心在同一水平线上。所述挤胀杆基座9、靶件基座3及挤胀杆末端固定基座4的材质为碳钢。
使用挤胀器反复挤胀至内靶筒-Ni-U金属箔-外靶筒所有接触面均匀紧密接触且膨胀量突破内铝筒原几何尺寸的0.2％，挤胀后的内靶筒尺寸如图3所示。将两端因膨胀而变损的部分切除，两端各切除40mm，两端口酸蚀处理，去掉氧化层，清水洗净，采用电子束焊封。采用X光对焊缝进行密封检验。
靶件制备完成后，进行热力考验。放置在600℃下加热24小时，经热力考验，自然冷却。经热力考验后靶件状况完好。
将此锥形靶件进行解靶操作。从内铝筒锥顶小径的一端，使用推杆将内铝筒和铀箔顶出，避免切割，即可取出铀箔，进行溶解和后续化学处理，大大的减少了放射性废液量，缩短化学分离操作时间。
实施例2
与实施例1不同的是，所述内靶筒和外靶筒的材质为Mg，铀箔的厚度为 120μm，裂变反冲保护层的厚度为18μm。
实施例3
与实施例1不同的是，所述内靶筒和外靶筒的材质为Zr，裂变反冲保护层的厚度为12μm。

Claims (4)

1.一种用于辐照生产裂变99Mo的低浓铀铀箔靶件，其特征在于，该靶件为“三明治”式结构，包括内靶筒、外靶筒和铀箔；所述铀箔位于内靶筒和外靶筒之间；
所述内靶筒的内径不变，外壁设计为锥形结构，锥度为1:160；
所述铀箔包裹于内靶筒外侧，铀箔的厚度为120～150μm，铀箔的内外表面均镀了一层裂变反冲保护层，该保护层的厚度为12～18μm；所述裂变反冲保护层的材质为Ni，该材质是通过电镀的方式镀在铀箔上，即得到U-Ni金属箔；
所述外靶筒的外径不变，内壁设计为锥形结构，外靶筒的内径及内壁锥度分别与内靶筒的外径及外壁锥度相适配；该低浓铀铀箔靶件，是使用挤胀器对靶件进行挤胀的，使用挤胀器反复挤胀至内靶筒-U-Ni金属箔-外靶筒所有接触面均匀紧密接触且膨胀量突破内靶筒原几何尺寸的0.2％；挤胀后将两端因膨胀而变损的部分切除，两端各切除40mm，两端口酸蚀处理，去掉氧化层，清水洗净，采用电子束焊封并采用X光对焊缝进行密封检验。
2.根据权利要求1所述的低浓铀铀箔靶件，其特征在于，所述内靶筒和外靶筒的材质为Al、Mg或Zr。
3.根据权利要求1所述的低浓铀铀箔靶件，其特征在于，所述内靶筒和外靶筒的材质为Al，外靶筒和内靶筒最薄端的壁厚为0.8～2mm。
4.根据权利要求1所述的低浓铀铀箔靶件，其特征在于，所述铀箔在镀裂变反冲保护层前后均进行热力性能处理，其中镀裂变反冲保护层前在400～500℃的高温炉中进行热处理2～3小时，镀裂变反冲保护层后在700℃的高温炉中热处理2～3小时。
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