CN108877983A - 一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源及制备方法 - Google Patents

一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源及制备方法。该发光密封放射源由辐射致光发光材料和放射源源芯组成，辐射致光光伏材料为上下两层，将放射源源芯夹在其中，对扣密封，形成辐伏光伏类同位素电池的密封放射源结构。上下两层辐射致光光伏材料对扣的密封方式为，对于可以机械加工的辐射致光发光材料，用机械加工的方法将材料本身洗成盒状，两片对扣，用无机高温复合胶实现密封。本发明的制备工艺简单，无放射性废液，使放射性废液处理的成本降低。

Description

一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源及制备方法
技术领域
本发明属于微能源领域和放射源制备领域，涉及一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源及制备方法。
背景技术
辐伏光伏类同位素电池是辐伏类同位素电池的一个分支，其通过二次转换，将同位素的辐射能通过辐射致发光材料转换成对换能器件没有损伤的光辐射，再通过光伏结型器件转换产生电能，有效的解决了加载高能同位素对换能器件辐射损伤严重的问题。
不少科研单位和专利报道了多种改进技术，专利《一种荧光层、该荧光层的制备方法及其在核电池中的应用》CN201410173862.4公开了ZnS:Cu荧光层的制备方法，对于放射源只提到了为63Ni或147Pm。专利《同位素β射线辐射荧光发光光伏电池》CN106297936A公开了荧光粉沉积在光伏电池表面保护膜上的方法，对于放射源只说明了是用电镀63Ni源。专利《一种复合转换同位素电池》CN104409127A公开了辐射致光发光材料为无机掺杂材料或有机大环化合物以及塑料闪烁体，加载放射源为电镀源或粉末冶金陶瓷源。专利《一种砷化镓光伏同位素电池》CN106997788A公开了荧光粉为ZnS:Cu、Y2O2S:Eu、稀土或卤磷酸钙荧光粉，放射源为氚气或63Ni粉体。
这些改进技术关注点多在机理和结构或荧光层制备选取的改进上，而忽视了荧光层和放射源如何结合的改进上。目前密封放射源的制备方法通常采用陶瓷法、粉末冶金法或电镀法，前者制备的放射源都是块体源，自吸收严重，后两者制备的放射源虽然是薄片源，但工艺复杂，放射性活度有限，源的表面发射率低。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源的制备方法。
本发明的辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源，其基本结构由辐射致光发光材料、放射源源芯组成，所述辐射致光光伏材料为上下两层，将放射源源芯夹在其中，对扣密封，形成辐伏光伏类同位素电池的密封放射源结构。
所述的辐射致光伏材料为发光陶瓷和发光晶体。
所述的发光陶瓷是通过陶瓷烧结工艺制备的掺杂铕、铈、镨、铽、镱、铜、锰稀土元素的无机氧化物，包括但不限于氧化镥、氧化钇、钇铝石榴石、镥铝石榴石；发光晶体是通过单晶生产炉制备的掺杂铕、铈、镨、铽、镱、铜、铒稀土元素的无机材料，包括但不限于硫化物、卤化物、氧化物。
本发明的的用于辐伏光伏类同位素电池的密封放射源的制备方法，包括如下步骤组成：1）将辐射致光发光材料加工成圆形或方形浅盒状，盒子边缘高度为0.3mm~1mm，宽为1mm~3mm，2）将放射性同位素加载在辐射致光发光材料上，3）将两片辐射致光发光材料对扣密封，即成发光密封放射源。
浅盒状辐射致光发光材料及其密封加工过程为：对于可以机械加工的材料，用机械加工的方法用材料本身洗成盒状，用无机高温复合胶密封，对于无法机械加工成浅盒状的材料，是先加工成圆片或方片，在其边缘实现宽为1mm~3mm的金属化层，然后通过焊接的方式实现辐射致光发光材料与金属环的连接，所述金属环高为0.3mm~1mm，宽为1mm~3mm，两片对扣，用激光焊接实现密封。
放射性同位素加载，放射性同位素为中高能β放射性同位素，包括但不限于90Sr、63Ni、147Pｍ，加载方式为用树脂吸附放射性同位素，再将吸附了放射性同位素的树脂溶解在耐辐照的有机高分子溶液里，将有机高分子溶液滴加平铺在辐射致光发光材料上，形成放射性薄膜。
放射性同位素加载方式为将放射性同位素加载在吸水性好的纤维素材料上，用无机黏合剂将纤维素材料粘结在辐射致光发光材料上。
本发明的辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源，包括：辐射致光发光材料、放射源源芯。所述辐射致光光伏材料为上下两层，将放射源源芯夹在其中，对扣密封，形成辐伏光伏类同位素电池的密封放射源结构。
所述的辐射致光伏材料为发光陶瓷和发光晶体，发光陶瓷是通过陶瓷烧结工艺制备的掺杂铕、铈、镨、铽、镱、铜、锰等稀土元素的无机氧化物，包括但不限于氧化镥、氧化钇、钇铝石榴石、镥铝石榴石；发光晶体是通过单晶生产炉制备的掺杂铕、铈、镨、铽、镱、铜、铒等稀土元素的无机材料，包括但不限于硫化物、卤化物、氧化物。
所述密封放射源的制备方法其特征是由如下步骤组成：1）将辐射致光发光材料加工成圆形或方形浅盒状，盒子边缘高度为0.3mm~1mm，宽为1mm~3mm，2）将放射性同位素加载在辐射致光发光材料上，3）将两片辐射致光发光材料对扣密封，即成发光密封放射源。
所述的浅盒状辐射致光发光材料及其密封，对于可以机械加工的辐射致光发光材料，用机械加工的方法将材料本身洗成盒状，两片对扣，用无机高温复合胶实现密封。对于无法机械加工成浅盒状的材料，是先加工成圆片或方片，在其边缘实现宽为1mm~3mm的金属化层，然后通过焊接的方式实现辐射致光发光材料与金属环的连接，所述金属环高为0.3mm~1mm，宽为1mm~3mm，两片对扣，用激光焊接实现密封。
所述的放射性同位素包括但不限于90Sr、63Ni、147Pｍ这类中高能β放射性同位素，加载方式一为用树脂吸附放射性同位素，再将吸附了放射性同位素的树脂溶解在耐辐照的有机高分子溶液里，将有机高分子溶液滴加平铺在辐射致光发光材料上，形成放射性薄膜。加载方式二为将放射性同位素加载在吸水性好的纤维素材料上，用无机黏合剂将纤维素材料粘结在辐射致光发光材料上。
本发明是将放射性同位素直接复合在辐射致光发光材料上，根据辐射致光发光材料的结构设计对放射性同位素进行密封，有效避免了放射性同位素和辐射致光发光材料之间的过渡层干扰，使放射源出射的β射线尽可能的全部沉积在辐射致光发光材料上，使放射性同位素的利用率更高，符合辐伏光伏类同位素电池的4π发射，表面发射率高的要求，且可以通过控制辐射致光发光材料的厚度来控制射线通过辐射致光发光材料后的出射能量，对于辐伏光伏联合转换同位素电池，可以根据换能器件的耐辐射程度调节辐射致光发光材料的厚度，对于辐伏全转换光伏同位素电池，可以调节辐射致光发光材料的厚度致无射线出射。整个制备工艺简单，基本没有放射性废液，降低了放射性废液处理的成本。
附图说明
图1是本发明发光密封放射源的第一种密封方式的示意图；
图2是本发明发光密封放射源的第二种密封方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的用于辐伏光伏类同位素电池的密封放射源结构及其制作方法做进一步说明。
实施例1
如图1中，上层辐射致光发光材料2和下层辐射致光发光材料4为Ce掺杂浓度为1％at.的Ce:YAG发光陶瓷，厚度为2mm，直接机械加工成浅盒状，盒子边缘高度为0.3mm，宽为1.5mm；放射源源芯3为90Sr放射源.。
制备步骤如下：
用200μl的PMMA溶液溶解5mg吸附了10mCi的90Sr的树脂。将此溶液滴加到Ce:YAG发光陶瓷上，静止15min，等全部干透，再同样步骤制作第二片，在两片陶瓷的边缘涂上有机高温复合胶1，将其对扣，用夹具夹紧，置于200℃的恒温箱内6ｈ，即完成密封，制成一种90Sr发光密封放射源。
实施例2
如图2中，上层辐射致光发光材料23和下层辐射致光发光材料25为Ce掺杂浓度为0.1％at.的Ce:YAG发光晶体，厚度为1.5mm，直接机械加工成圆片，在上层辐射致光发光材料23边缘实现金属化层21，实现宽2mm的镍层，再将金属环22高度为0.5mm，宽为2mm的镍环焊接在金属化的镍层上，在下层辐射致光发光材料25边缘实现金属化层26，实现宽2mm的镍层，再将金属环27高度为0.5mm，宽为2mm的镍环焊接在金属化的镍层上；放射源源芯24为90Sr放射源.。
制备步骤如下：
用300μl的PMMA溶液溶解5mg吸附了10mCi的90Sr的树脂。将此溶液滴加到已焊接了金属镍环的Ce:YAG发光晶体上，静止15min，等全部干透，再同样步骤制作第二片，将其对扣，用夹具夹紧，置于激光焊接平台上密封焊接，即制成一种90Sr发光密封放射源。
实施例3
如图2中，上层辐射致光发光材料23和下层辐射致光发光材料25为Eu掺杂浓度为4％at.的Eu:Y2O3发光陶瓷，厚度为3mm，直接机械加工成方片，在上层辐射致光发光材料23边缘实现金属化层21，实现宽2mm的镍层，再将金属环22高度为1mm，宽为2mm的镍环焊接在金属化的镍层上，在下层辐射致光发光材料25边缘实现金属化层26，实现宽2mm的镍层，再将金属环27高度为1mm，宽为2mm的镍环焊接在金属化的镍层上；放射源源芯24为63Ni放射源.。
制备步骤如下：
将200μm厚的纤维素材料放置到已焊接了金属镍环的Eu:Y2O3发光陶瓷上，将高比活度的63Ni溶液稀释到500μCi/μl，滴加到纤维素材料上，静置10min，再同样步骤制作第二片，将其对扣，用夹具夹紧，置于激光焊接平台上密封焊接，即制成一种63Ni发光密封放射源。
以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的报护范围。

Claims (7)

1.一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源，其特征在于：所述的放射源由辐射致光发光材料、放射源源芯组成，所述辐射致光光伏材料为上下两层，将放射源源芯夹在其中，对扣密封，形成辐伏光伏类同位素电池的密封放射源结构。
2.根据权利要求1所述的一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源，其特征在于：所述的辐射致光伏材料为发光陶瓷和发光晶体。
3.根据权利要求2所述的一种辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源，其特征在于：所述的发光陶瓷是通过陶瓷烧结工艺制备的掺杂铕、铈、镨、铽、镱、铜、锰稀土元素的无机氧化物，包括但不限于氧化镥、氧化钇、钇铝石榴石、镥铝石榴石；发光晶体是通过单晶生产炉制备的掺杂铕、铈、镨、铽、镱、铜、铒稀土元素的无机材料，包括但不限于硫化物、卤化物、氧化物。
4.一种权利要求1所述的辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源的制备方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：1）将辐射致光发光材料加工成圆形或方形浅盒状，盒子边缘高度为0.3mm~1mm，宽为1mm~3mm，2）将放射性同位素加载在辐射致光发光材料上，3）将两片辐射致光发光材料对扣密封，即成发光密封放射源。
5.根据权利要求4所述的辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源的制备方法，其特征在于：所述辐射致光发光材料加工成圆形或方形浅盒状的加工过程为：对于可以机械加工的材料，用机械加工的方法用材料本身洗成盒状，用无机高温复合胶密封；对于无法机械加工成浅盒状的材料，先加工成圆片或方片，在其边缘实现宽为1mm~3mm的金属化层，然后通过焊接的方式实现辐射致光发光材料与金属环的连接，所述金属环高为0.3mm~1mm，宽为1mm~3mm，两片对扣，用激光焊接实现密封。
6.根据权利要求4所述的辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源的制备方法，其特征在于：所述放射性同位素加载，放射性同位素为中高能β放射性同位素90Sr、63Ni、147Pｍ中的一种，加载方式为用树脂吸附放射性同位素，再将吸附了放射性同位素的树脂溶解在耐辐照的有机高分子溶液里，将有机高分子溶液滴加平铺在辐射致光发光材料上，形成放射性薄膜。
7.根据权利要求6所述的辐伏光伏类同位素电池用发光密封放射源的制备方法，其特征在于：放射性同位素加载方式为将放射性同位素加载在吸水性好的纤维素材料上，用无机黏合剂将纤维素材料粘结在辐射致光发光材料上。
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