CN107034512B - 磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置 - Google Patents

磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于放射源制备技术，具体涉及一种磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置。其结构包括盛装沉积液的沉积槽体，所述沉积槽体的外侧设置永磁体，阳极丝从沉积槽体的顶部伸入到沉积液中，沉积槽体的底部通过螺纹底盖进行密封，螺纹底盖的中心开孔，在沉积槽体底部螺纹底盖内从下向上依次设置阴极导出垫片和阴极沉积源片，所述阴极导出垫片和阴极沉积源片紧密接触，在所述阴极导出垫片底部连接阴极导出线，所述阴极导出线从螺纹底盖的开孔引出并连接电源负极。本发明最大限度的减小了距离、物质等对磁场的屏蔽作用，从而能充分发挥所加磁场对沉积的积极作用，极大的提高所制源的能量分辨率。

Description

磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置
技术领域
本发明属于放射源制备技术领域，具体涉及一种磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置。
背景技术
近年来随着核能利用的增加，α能谱法已经广泛应用于各领域的放射性测量中，比如核保障分析、核安全、核裂变、核数据和环境检测等领域。α能谱法在锕系元素的定性和定量分析中起着越来越重要的作用。目前，在对α放射源进行α能谱测量时，测量准确度主要依赖于所制备的α放射源的质量，高质量的固体放射源通常是放射性物质形成一种均匀一致的薄层。目前制备放射源的各种技术中电沉积常用来制备极薄的固体放射源，但是在一些含有多种放射性核素的放射性物质中，它们的能谱是叠加的，用传统电沉积方法制备的放射源在α能谱测量中能量分辨率不高，其中沉积装置对沉积效果的影响不容忽视。
中国原子能科学研究院提出了名称为“一种用于制备高分辨率α源的电沉积装置”的发明专利申请，申请号201610196264.8，该申请中公开了沉积装置的结构为内外两层结构，内层用于盛装电沉积镀液，外层为冷却水循环液，且在玻璃沉积槽的四周有金属板和金属螺栓进行固定，在沉积槽外部一侧1-5cm处放置一块永磁体，并且利用该套装置对241Am进行电沉积制源。该装置存在以下问题：(1)在盛放沉积液的沉积槽外有循环冷却水、玻璃、金属等物质相间隔，这些物质对所施加的磁场有较大的干扰，也使磁铁距离沉积液的实际距离更远从而也会减弱磁场对沉积的作用；(2)沉积槽外围有四根不锈钢螺栓、底部两块带螺纹的不锈钢板、顶部一块不锈钢板和四个固定夹子进行固定，不仅沉积槽体积和重量大，操作也很不方便，尤其是在沉积前的安装和沉积结束后拆卸装置时；(3)沉积槽用四个不锈钢夹子对螺栓及上部垫板和底板进行固定时均为手工操作，如果用力不均很容易使密封垫圈变形而导致密封不严放射性溶液泄露。(4)整个沉积装置中多处由聚四氟乙烯垫片、橡胶垫片进行缓冲固定，带来了更多的放射性废物。
在目前的公开文献中，未见公开利用磁流体动力学电沉积技术制备放射源的沉积装置。所以亟待建立一种能够明显的提高所制源的能量分辨率的新的制源方法和沉积装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种磁流体动力学电沉积法制备α放射源的沉积装置，以提高所制备α放射源的能量分辨率。
本发明的技术方案如下：一种磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，包括盛装沉积液的沉积槽体，所述沉积槽体外侧设置永磁体，阳极丝从沉积槽体的顶部伸入到沉积液中，沉积槽体的底部通过螺纹底盖进行密封，螺纹底盖的中心开孔，在沉积槽体底部螺纹底盖内从下向上依次设置阴极导出垫片和阴极沉积源片，所述阴极导出垫片和阴极沉积源片紧密接触，在所述阴极导出垫片底部连接阴极导出线，所述阴极导出线从螺纹底盖的开孔引出并连接电源负极。
进一步，如上所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其中，所述沉积槽体的顶部设有倒圆锥形的防溅装置，圆锥形的顶端设有供阳极丝穿过的开口。
进一步，如上所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其中，所述沉积槽体设置在沉积槽支架上；所述沉积槽支架为上部设有凹槽的柱形结构，沉积槽体置于所述凹槽内，在沉积槽支架的一侧设有供阴极导出线引出的小口。
更进一步，所述沉积槽支架的高度能够根据沉积槽体的高度和沉积过程中永磁体的尺寸和放置方式进行调整。
进一步，如上所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其中，所述的沉积槽体、螺纹底盖、防溅装置和沉积槽支架均可采用聚四氟乙烯材料或者玻璃材料。
进一步，如上所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其中，所述的阴极导出垫片采用不锈钢材料；所述的阴极沉积源片采用304不锈钢或银材料。
进一步，如上所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其中，所述的阴极导出线从螺纹底盖的开孔垂直向下引出一段长度并以90度角弯曲成水平方向引出；阴极导出线采用不锈钢丝。
本发明的有益效果如下：
(1)在沉积槽底部采用螺纹底盖密封，不仅密封效果好，也避免了传统沉积装置中采用专门的密封垫圈密封而引进过多的放射性废物。
(2)在沉积槽的顶部设计一个倒圆锥形防溅装置，使因氢气析出而载带走的沉积液可以重新返回到沉积液中，从而避免了传统电沉积方法中因氢气载带作用而减少沉积液的量对沉积造成的影响。
(3)该沉积装置在沉积槽体的下部设计一个支架，支架的高度可以依据沉积槽体的高度和永磁体的尺寸及放置方式而自行调整，与传统沉积法相比，灵活性更高，可以适应不同强度、不同大小放射源制备的需求。
(4)在磁流体动力学电沉积制备放射源的过程中，该沉积装置可以使永磁体与沉积溶液仅隔着一层几毫米厚度的沉积槽壁，几乎直接接触，且沉积槽体和螺旋底盖为无磁性的聚四氟乙烯材料，最大限度的减小了距离、物质等对磁场的屏蔽作用，从而能充分发挥所加磁场对沉积的积极作用，极大的提高所制源的能量分辨率。
(5)本沉积装置不同于传统的沉积装置，电源负极与阴极连接线连接，避免了直接与阴极沉积源片的连接而导致密封不严、放射性溶液泄露等现象；同时在螺纹底盖上开一个圆形小口，将阴极连接线顺利导出，既不影响密封效果又使整个沉积装置简洁美观。
附图说明
图1为本发明具体实施例中沉积装置的结构示意图。
图中，1-沉积槽体；2-阴极沉积源片；3-阴极导出垫片；4-螺纹底盖；5-沉积槽支架；6-防溅装置；7-阴极导出线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供了一种磁流体动力学电沉积法制备高分辨率的α放射源的沉积装置，该装置包括盛装沉积液的沉积槽体，沉积槽体可采用聚四氟乙烯材料或者玻璃材料，玻璃材料导热性略好，但是玻璃对放射性核素的吸附作用较大，且加工成本高、工艺复杂；聚四氟乙烯虽然导热性略差，但是对放射性核素的吸附作用小、来源广泛、价格低廉、加工方便。因此，综合考虑本发明选择聚四氟乙烯材料。整个沉积槽体采用聚四氟乙烯材料，不仅可以减少对放射性核素的吸附，也可以减小对磁场的干扰。沉积槽体顶部敞口，阳极丝从顶部垂直伸入到沉积液中，底部由同材质的螺纹底盖进行密封，螺纹底盖中心开有一个小口。在沉积过程中沉积槽体底部的螺纹底盖内从下向上依次安装有阴极导出垫片和阴极沉积源片，阴极沉积源片和阴极导出垫片紧密接触。其中，在阴极导出垫片的底部焊接一根阴极导出线，该阴极导出线从螺纹底盖中心小口垂直向下引出一小段长度并以90度角弯曲成水平方向引出，该引出线可直接连接电源的负极。
沉积过程中，永磁体紧贴沉积槽体设置，为了使阴极沉积源片处在圆柱形永磁体的外轴线上，可根据永磁体的尺寸加工沉积槽支架以调整沉积过程中沉积槽的实际高度。为了减小对磁场的干扰沉积槽支架的材料也为聚四氟乙烯(或者玻璃)，支架的总体结构为上部有一凹槽的圆柱体，凹槽的内径略大于沉积槽底螺纹底盖的外径，使沉积槽可以刚好放入支架的凹槽内。在圆柱形支架的一侧以圆柱体的圆心为顶角开一个5度角的小口，以方便沉积槽底部阴极导出线的引出。沉积槽支架的高度需根据永磁体的尺寸和沉积槽的体积而确定。
本发明还在沉积槽的顶部设计了一个聚四氟乙烯(或玻璃)的倒圆锥形防溅装置，在其圆锥顶端开一个小口，以便沉积过程中阳极丝可以通过该小口而垂直伸入到沉积液中。该装置可以防止沉积过程中阴极产生的氢气在上升过程中对放射性溶液的载带作用而使沉积液减少。
实施例1
本实施例所提供的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，包括沉积槽体1、螺纹底盖4、阴极导出垫片3、阴极沉积源片2、阴极导出线7、防溅装置6和沉积槽支架5，结构如图1所示。
沉积槽体1采用聚四氟乙烯材料，底部由一同材质的螺纹底盖4密封，螺纹底盖4中心开一个直径约5mm的圆形小口。在沉积槽体底部的螺纹底盖4内从下向上依次安装2mm厚的不锈钢阴极导出垫片3和阴极沉积源片2，阴极沉积源片为厚度1mm直径为24mm的304不锈钢片，阴极沉积源片2和阴极导出垫片3紧密接触，在阴极导出垫片3的底部焊接一根直径为1mm的不锈钢细丝作为阴极导出线7，该阴极导出线7从螺纹底盖4的中心小口垂直向下引出一小段长度并以90度角弯曲成水平方向引出，该引出线可直接连接电源的负极。
沉积过程中，为了使阴极沉积源片2处在圆柱形永磁体的外轴线上，从更好的实施方式上考虑，根据永磁体尺寸和沉积槽的高度加工了高度为16mm的沉积槽支架5。沉积槽支架5为上部带有凹槽的圆柱体，凹槽的内径略大于沉积槽底螺纹底盖的外径，使沉积槽体可以刚好放入支架的凹槽内，在圆柱形支架的一侧以圆柱体的圆心为顶角开一个5度角的小口，以方便沉积槽底部阴极导出线的引出。将阴极沉积源片2经过前处理后固定在沉积槽底部，并在其底部垫阴极导出垫片3，用螺纹底盖4将其旋紧密封，阴极导出线从支架开口引出，再将沉积槽支架5固定在永磁体调控台面上，加入沉积液后在沉积槽顶端加盖倒圆锥形防溅装置6。
为验证本沉积装置的效果，用普通电沉积装置和本发明的沉积装置分别进行磁流体动力学电沉积制备了241Am α放射源，两种源都用α谱仪进行测量，结果证明本装置制备的α放射源的能量分辨率比普通电沉积装置制备的放射源的能量分辨率提高了30％(α能量为5.485MeV处)。
实施例2
本实施例所提供的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置的结构与实施例1相同，所不同的是，设置在沉积槽体底部的阴极沉积源片2的材料为银，各部件的尺寸也可参照实施例1的设计方案。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，包括盛装沉积液的沉积槽体(1)，所述沉积槽体(1)外侧设置永磁体，阳极丝从沉积槽体(1)的顶部伸入到沉积液中，其特征在于：所述沉积槽体(1)的底部通过螺纹底盖(4)进行密封，螺纹底盖(4)的中心开孔，在沉积槽体(1)底部螺纹底盖内从下向上依次设置阴极导出垫片(3)和阴极沉积源片(2)，所述阴极导出垫片(3)和阴极沉积源片(2)紧密接触，在所述阴极导出垫片(3)底部连接阴极导出线(7)，所述阴极导出线(7)从螺纹底盖(4)的开孔引出并连接电源负极。
2.如权利要求1所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述沉积槽体(1)的顶部设有倒圆锥形的防溅装置(6)，圆锥形的顶端设有供阳极丝穿过的开口。
3.如权利要求2所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述沉积槽体(1)设置在沉积槽支架(5)上。
4.如权利要求3所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述沉积槽支架(5)为上部设有凹槽的柱形结构，沉积槽体(1)置于所述凹槽内，在沉积槽支架(5)的一侧设有供阴极导出线(7)引出的小口。
5.如权利要求3或4所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述沉积槽支架(5)的高度能够根据沉积槽体的高度和沉积过程中永磁体的尺寸和放置方式进行调整。
6.如权利要求3所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述的沉积槽体(1)、螺纹底盖(4)、防溅装置(6)和沉积槽支架(5)均可采用聚四氟乙烯材料或者玻璃材料。
7.如权利要求1所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述的阴极导出垫片(3)采用不锈钢材料。
8.如权利要求1所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述的阴极沉积源片(2)采用304不锈钢或银材料。
9.如权利要求1所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述的阴极导出线(7)从螺纹底盖(4)的开孔垂直向下引出一段长度并以90度角弯曲成水平方向引出。
10.如权利要求1或9所述的磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的沉积装置，其特征在于：所述阴极导出线(7)采用不锈钢丝。
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