CN112967830B - 一种β平面源制备方法和一种β平面源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种β平面源制备方法和一种β平面源。制备方法包括：对金属托片进行氧化处理，形成氧化膜；使用放射性料液填充所述金属托片的氧化膜，令所述放射性料液中的放射性金属离子进入所述氧化膜的孔洞；使用含硅凝胶封闭所述金属托片的氧化膜孔洞，阻止所述放射性金属离子渗出。本申请将金属托片氧化形成氧化膜，利用氧化膜填充放射性料液的方式实现放射性料液的吸附，并且，采用含硅凝胶封闭金属托片的氧化膜孔洞，从而阻止放射性金属离子泄漏，使制得的β平面源放射性粒子吸附牢固，使用效果更佳、寿命更长。

Description

一种β平面源制备方法和一种β平面源

技术领域

本发明涉及放射平面源技术领域，特别涉及一种β平面源制备方法和一种β平面源。

背景技术

β放射源射程短，又由于自吸收和支撑物吸收，导致β粒子不能到达探测器，从而影响探测效率。目前制作β放射源有电镀法。电镀法是根据β粒子发射体的金属离子的电极电位，将含β粒子发射体的金属离子电镀于电极表面，该方法存在弱电解质不易电镀，条件要求苛刻，工艺较为复杂的问题。同时，现有制备的β放射源β粒子发射体吸附不牢固，容易造成放射源效果变差。

发明内容

鉴于现有技术β放射源制备问题，提出了本申请的一种β平面源制备方法和一种β平面源，以便克服上述问题。

为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：

依据本申请的一个方面，提供了一种β平面源制备方法，该方法包括：

对金属托片进行氧化处理，形成氧化膜；

使用放射性料液填充所述金属托片的氧化膜，令所述放射性料液中的放射性金属离子进入所述氧化膜的孔洞；

使用含硅凝胶封闭所述金属托片的氧化膜孔洞，阻止所述放射性金属离子渗出。

可选地，所述金属托片为铝托片，对所述铝托片进行氧化处理，包括：

通过阳极氧化法氧化所述铝托片，阳极氧化法使用的电解液包括去离子水，以及体积分数为15-25％的硫酸和体积分数为20-25％的乙醇，电流设置为15-20A/m²，氧化时间控制在2-4min。

可选地，所述方法还包括：

在氧化所述铝托片之前，电化学抛光处理所述铝托片，所用电化学抛光液由乙醇和高氯酸组成，乙醇和高氯酸的体积比为6：1-4：1，电压设置为19-21V，电流密度为1～1.2A/m²，温度为8-12℃，将所述铝托片作为阳极，抛光时间为2-4min。

可选地，在阳极氧化所述铝托片的过程中，连接电源正极的电极为金属托片电极，所述金属托片电极与所述铝托片保持平行。

可选地，所述含硅凝胶通过如下过程配置：

将TEOS与去离子水按摩尔比为1：1混合后，在50-70℃的温度下搅拌反应10-14h，冷却至室温后备用。

可选地，所述使用含硅凝胶封闭所述金属托片的氧化膜孔洞，包括：

将氧化后的所述铝托片置于冷却至室温的含硅凝胶中，浸泡2-4小时后取出，进行表面清洁后烘干。

可选地，所述放射性料液中包含pH缓冲对，所述pH缓冲对调节所述放射性料液的pH值为6-8。

可选地，根据所述金属托片的氧化膜面积，调节所述pH缓冲对的添加量，所述pH缓冲对为碱金属磷酸一氢盐和碱金属磷酸二氢盐。

可选地，使用放射性料液填充所述金属托片的氧化膜时，根据所制备β平面源的粒子数选择对应活度的放射性料液。

依据本申请的另一个方面，提供了一种β平面源，该β平面源通过如上任一项所述方法制备。

综上所述，本申请的有益效果是：

本申请将金属托片氧化形成氧化膜，利用氧化膜填充放射性料液的方式实现放射性料液的吸附，并且，采用含硅凝胶封闭金属托片的氧化膜孔洞，从而阻止放射性金属离子泄漏，使制得的β平面源放射性粒子吸附牢固，使用效果更佳、寿命更长。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的一种β平面源制备方法的流程示意图；

图2为本申请一个实施例提供的一种β平面源结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的一种β平面源制备方法中阳极氧化装置示意图；

图4为本申请一个实施例提供的铝氧化膜氧化效果光学显微镜对照图；

图5为本申请一个实施例提供的铝氧化膜表面扫描电子显微镜示意图；

图6为本申请一个实施例提供的铝氧化膜剖面扫描电子显微镜示意图；

图7为本申请一个实施例提供的一种β平面源制备方法中氧化膜制作完成后的铝托片；

图8为本申请一个实施例提供的一种β平面源制备方法中进行金属托片放射性料液填充的装置示意图；

图9和图10分为本申请一个实施例提供的一种SiO₂溶胶凝胶在不同尺度下的扫描电子显微镜示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的技术构思是：将金属托片氧化形成氧化膜，利用氧化膜填充放射性料液的方式实现放射性料液的吸附，并且，采用含硅凝胶封闭金属托片的氧化膜孔洞，从而阻止放射性金属离子泄漏，使制得的β平面源放射性粒子吸附牢固，使用效果更佳、寿命更长。

图1示出了本申请β平面源制备方法的一个实施例，如图1所示，该方法包括：

步骤S110，对金属托片进行氧化处理，形成氧化膜。金属氧化膜具有多孔结构，可以对包含β粒子放射体的金属离子实现良好吸附。而且，氧化金属表面，利用氧化膜层微孔吸附金属离子的方法，相比电镀法来说，需用的设备简单，操作方便，成本较低，适用的放射性核素范围也更广。

步骤S120，使用放射性料液填充金属托片的氧化膜，令放射性料液中的放射性金属离子进入氧化膜的孔洞。其中，使用的放射性料液可以为⁹⁰Sr-⁹⁰Y放射性原料液，或是²⁰⁴Tl放射性原料液。

步骤S130，使用含硅凝胶封闭金属托片的氧化膜孔洞，阻止放射性金属离子渗出。含硅凝胶化学性能稳定，不存在酸碱腐蚀物质，而且液体状态具有良好的流动性，易于使用。利用含硅凝胶灌封金属托片的氧化膜孔洞，能够有效阻止放射性金属离子渗出，减少放射性物质泄漏并提高β平面源的使用寿命和使用效果。

图2示出了本申请一个实施例提供的一种β平面源结构示意图。如图2所示，该β平面源包括：基材托片100和封堵层200。基材托片100的至少部分表面经过氧化，形成有氧化膜区域110，用于吸附放射性材料，形成放射平面源。封堵层200覆盖在基材托片100的氧化膜区域110上，能够阻止氧化膜区域110的放射性材料渗出，从而提高β平面源的吸附牢固度，提高β平面源的使用寿命和检测效果。

因而，通过本实施例方法制备的β平面源，成本更低，而且氧化膜表面存在含硅凝胶封堵层，使得氧化膜孔洞被有效封闭，能够阻止其内的放射性金属离子渗出，因而具有更强的吸附牢固性，使用寿命更长，使用效果更佳。同时，由于含硅凝胶的化学性质稳定，因而本实施例方法制备的β平面源也具有更强的耐蚀性。

在本申请的一个实施例中，所用金属托片为铝托片，尤其是高纯度的铝托片。采用高纯度的铝托片，能制得较好的氧化膜，以达到对放射性金属离子的可靠稳定吸附。

本申请实施例对铝托片进行氧化处理，包括：通过阳极氧化法氧化铝托片，阳极氧化法使用的电解液包括去离子水，以及体积分数为15-25％的硫酸和体积分数为20-25％的乙醇，电流设置为15-20A/m²，氧化时间控制在2-4min。

图3示出了本申请一个实施例β平面源制备方法中阳极氧化装置示意图，如图3所示实施例中，所用金属托片为铝托片，阳极氧化铝托片的过程中，连接电源正极的电极为金属托片电极，金属托片电极与铝托片保持平行，以确保氧化过程得到氧化膜的均匀性。

在本申请的上述实施例中，所用阳极氧化电解液中，乙醇作为添加剂，可显著改善电解液性质和氧化膜构型。通过加入乙醇，溶液的载流子数量和酸碱度都有一定幅度的降低。载流子数量降低，使得氧化电流密度降低，从而产生热量少，同时由于乙醇易挥发，能够进一步吸收电流密度产生的热量，进一步降低电解发热；而溶液酸碱度的减小，减弱了电解质溶液对氧化膜的腐蚀作用。最终，使阳极氧化在一个更温和的条件下反应，从而得到更规则有序的孔洞结构，使孔道内部缺陷明显减少，对放射性金属离子的吸附作用更加充分均匀牢固。因而，通过本实施例方式得到的铝氧化膜制备β平面源，具有放射均匀性更佳的优势。

在本申请更优选实施例中，阳极氧化法使用的电解液由离子水，以及体积分数为20％的硫酸和体积分数为20％的乙醇混合制成，电流设置为15A/m²，氧化时间控制在3min。在该条件下，通过阳极氧化制成的含有氧化膜的铝托片光学显微镜对照图如图4所示，氧化膜表面的扫描电子显微镜示意图如图5所示，氧化膜剖面的扫描电子显微镜示意图如图6所示。由图4至图6可以看出，通过在含硫酸电解液中加入乙醇，得到的铝氧化膜孔洞更加均匀，缺陷更少，且由图5可以看出，本申请方法形成的氧化膜孔洞顺畅贯通，十分有利于放射性物质的填充。

图7为本申请一个实施例提供的铝氧化膜氧化效果外观示意图。由图7可以看到，氧化完成后的铝托片，氧化区域(黑色圈内)颜色均匀，没有明显异色。

在本申请的一个实施例中，制备β平面源的方法还包括：在进行铝托片氧化之前，电化学抛光处理铝托片。所用电化学抛光液由乙醇和高氯酸组成，乙醇和高氯酸的体积比为6：1-4：1，电压设置为19-21V，电流密度为1～1.2A/m²，温度为8-12℃，电抛光过程中将铝托片作为阳极，抛光时间为2-4min。

在实际制备铝氧化膜的过程中，原料铝托片的表面处理十分重要，其处理的好坏会影响氧化膜孔洞的规整性。目前铝的表面处理主要采用化学抛光和电化学抛光两种方法。与化学抛光相比，电化学抛光能使表面更细平、更光亮，抛光效果更好，本申请实施例采用由乙醇和高氯酸组成的电化学抛光液，可使铝托片表面达到Ra(平均粗糙度)<1μm。

在本申请的一个更优选实施例中，电化学抛光所用电化学抛光液由乙醇和高氯酸组成，乙醇和高氯酸的体积比为5：1，电压设置为20V，电流密度为1～1.2A/m²，温度为10℃，将铝托片作为阳极，抛光时间为3min。

此外，在本申请的一些实施例中，铝托片的预处理还包括清洗以及退火等处理过程。

本申请各实施例所采用的主要仪器包括：直流稳压电源；流气式大面积α、β测量仪；管式炉；氧化槽和填充槽；医用红外线灯；三口烧瓶；搅拌器；温度计；加热套；铁架台。

主要试剂包括：⁹⁰Sr-⁹⁰Y放射性原料液(比活度100μCi/mL)；²⁰⁴Tl放射性原料液(比活度100μCi/mL)；H₂SO₄(AR，分析纯)；无水乙醇(AR)；Na₂HPO₄(AR)；KH₂PO₄(AR)；TEOS(正硅酸四乙酯AR)；去离子水。

具体在本申请的一个优选实施例中，采用如下方法进行铝托片的预处理以及阳极氧化：

(1)铝托片的清洗

将铝托片浸泡在丙酮中24h然后超声清洗1h，超声结束后用酒精棉球擦拭铝托片，将擦拭后的铝托片超声清洗(清洗剂为乙醇)3分钟，超声结束后放入无水乙醇中备用。

(2)铝托片的退火处理

将铝托片放入管式炉中，真空度为0.1MPa，升温速率为10℃/min，500℃保温4h，冷却至室温，消除铝托片的内应力。

(3)铝托片的电化学抛光

电化学抛光液由乙醇和高氯酸(体积比为5:1)组成，电压设置为20V，电流密度为1～1.2A/m²，温度为10℃，将退火处理的铝托片作为阳极，以不锈钢钢板作为阴极，抛光时间为3min。

(4)电解液的配制

配制H₂SO₄的体积分数为20％，乙醇的体积分数为20％的电解液。

(5)铝托片氧化膜的制备

拧开氧化槽底座，将预处理后的铝托片装入氧化槽中(将铝托片抛光的一面朝向槽内)，拧紧氧化槽，使铜制电极、铝托片，电镀槽上槽体之间紧密贴合。然后将氧化槽放置在支架上，倒入50mL电解液，调整托片电极与铝托片平行，以确保氧化过程中氧化膜的均匀性。随后将铜制托片电极接电源正极，铂金电极接电源负极。打开直流稳压电源，直流稳压电源的电流密度设置为15A/m²，氧化时间控制在3min。氧化结束后，将电解液倒入到原容器内，用胶头滴管吸出残余的电解液。将电解槽底座拧开，使铝托片自然滑落到滤纸上，氧化完成后的铝托片，氧化区域颜色均匀，呈现亚光质的灰白色，并且没有明显异色。然后将铝托片放入蒸馏水中清洗，以洗净残余的电解液。清洗后用脱脂棉球擦拭，晾干之后备用。

铝托片氧化膜制备完成后，即可进行放射性料液填充。

在本申请的一个实施例中，用于填充金属托片氧化膜的放射性料液中包含pH缓冲对，pH缓冲对调节放射性料液的pH值为6-8。pH值对于铝氧化物的表面电荷和羟基解离影响比较大，铝氧化物表面的电荷和羟基又进一步影响金属离子在氧化物上吸附，因此，加入pH缓冲对使得pH维持在7左右，有利于金属离子的吸附。

在本申请的一个实施例中，pH缓冲对为碱金属磷酸一氢盐和碱金属磷酸二氢盐，例如Na₂HPO₄和KH₂PO₄。

在本申请的一个实施例中，配置0.05mol/L的Na₂HPO₄和0.05mol/L KH₂PO₄作为缓冲对，具体配置方式为：

0.05mol/L Na₂HPO₄的配制：7.1g的Na₂HPO₄溶于1L去离子水中。

0.05mol/L KH₂PO₄的配制：6.3g的KH₂PO₄溶于1L去离子水中。

pH缓冲对的添加量，根据金属托片的氧化膜面积调节。氧化膜的面积越大，所需要的pH缓冲对添加量也越高。针对不同规格的放射源，本申请所用pH缓冲对的添加量如下表1所示。

表1不同规格放射源填充液中pH缓冲对配方

在本申请的一些实施例中，使用放射性料液填充金属托片的氧化膜时，需要根据所制备β平面源的粒子数选择对应活度的放射性料液。若所制备β平面源的粒子数较低，则采用活度较低的放射性料液进行填充，若所需的放射源粒子数较高，则相应提高所用放射性料液的活度，以此来避免因放射性料液活度较高，导致氧化膜迅速吸附放射性金属离子，使粒子数超标或不均匀的问题。

在本申请的一些优选实施例中，填充过程具体为：将氧化后的铝托片装入填充槽，填充槽的尺寸与氧化槽尺寸一致(氧化膜方向朝槽内)，在填充槽内倒入根据表1比例的相应量的Na₂HPO₄、KH₂PO₄和配制好的⁹⁰Sr-⁹⁰Y、²⁰⁴Tl放射性溶液，具体填充时间参考表2所示。

表2填充时间

如表2所示，本申请制备10³粒子数的平面源时，选择5×10²Bq活度的放射性料液；制备10⁴粒子数的平面源时，选择5×10³Bq活度的放射性料液；制备10⁵粒子数的平面源时，选择5×10⁴Bq活度的放射性料液；制备10⁶粒子数的平面源时，选择5×10⁵Bq活度的放射性料液。通过根据制备β平面源的粒子数量级来选择对应活度的放射性料液，避免因放射性料液活度过高而导致平面源粒子数过高的问题。

最后，在本申请实施例的β平面源制备方法中，还需要使用含硅凝胶对氧化膜孔洞进行封堵，从而阻止氧化膜孔洞内的放射性金属离子逸出，以最终制成吸附牢固性能更佳的β平面源。

在本申请的一个实施例中，含硅凝胶通过如下过程配置：将TEOS(正硅酸四乙酯)与去离子水按摩尔比为1：1混合后，在50-70℃的温度下搅拌反应10-14h，冷却至室温后备用。SiO₂胶粒具有较高的表面活性，将铝氧化膜浸入含适当尺寸SiO₂胶粒的凝胶中，胶粒就可能进入膜孔，将膜孔填充封闭。

本申请上述实施例合成的SiO₂凝胶具有以下性质:(1)该生产条件制备的SiO₂纳米粒尺寸与膜孔匹配；(2)胶粒与铝氧化膜间有良好的亲和性，易被膜孔内壁吸附；(3)胶粒进入铝氧化膜后能具有稳定的化学惰性；(4)胶粒能与铝氧化膜形成Al₂O₃-SiO₂复合结构。本申请实施例采用由溶胶凝胶法制备的SiO₂溶胶对铝氧化膜进行填充封闭，具有较高的封闭质量，可有效抑制放射性金属离子泄漏，提高β平面源的吸附牢固性和使用寿命。

在本申请的一个实施例中，使用含硅凝胶封闭金属托片的氧化膜孔洞，包括：将氧化后的铝托片置于冷却至室温的含硅凝胶中，浸泡2-4小时后取出，进行表面清洁后烘干。

在本申请的一个优选实施例中，具体采用如下方式进行铝氧化膜的封闭处理：

(1)SiO₂溶胶凝胶的制备

将TEOS与去离子水按摩尔比为1：1混合后倒入500mL三口烧瓶中，三口烧瓶上安装搅拌器和温度计，在60℃的温度下反应12h，反应结束后冷却至室温后备用，图9和图10分别示出了本申请实施例SiO₂溶胶凝胶在不同尺度下的扫描电子显微镜示意图，通过本实施例方式制备的SiO₂溶胶凝胶，具有与氧化膜孔洞相匹配的尺寸，可以很容易地被孔洞内壁吸附，且SiO₂与铝氧化膜之间能形成Al₂O₃-SiO₂复合结构，实现氧化膜的稳定有效封堵。

(2)氧化膜的封闭处理

将填充放射性原料液后的铝托片装入填充槽，在填充槽内倒入相应量的SiO₂溶胶凝胶，浸泡3h后取出铝托片，用去离子水浸湿的脱脂棉擦拭铝托片表面，然后将封闭后的铝托片放置在红外热灯下烘干即可。

(3)β平面源的吸附牢固度测试

对本申请上述实施例制备的β平面源进行吸附牢固度检测，其对比结果如下表3所示。

表3β平面源的吸附牢固度测试结果

如表3所示，通过本申请方法制备的β平面源，在使用湿棉球轻擦后，放射源粒子数没有发生显著变化，表明其放射性金属离子吸附牢固性优良。

此外，本申请还公开了一种β平面源，该β平面源通过上述任一项方法制备。

通过本实施例方法制备的β平面源，成本更低，氧化膜形成更佳均匀，孔洞缺陷少，吸附、填充效果好，同时，氧化膜表面使用含硅凝胶封堵，使得氧化膜孔洞被有效封闭，能够阻止其内的放射性金属离子渗出，因而具有更强的吸附牢固性，使用寿命更长，使用效果更佳。在本申请的优选实施例中，在制备氧化膜的H₂SO₄电解液中加入无水乙醇添加剂，解决了铝氧化膜过腐蚀和氢脆问题，制备的氧化铝膜的孔径和分布比较均匀。铝氧化膜采用SiO₂溶胶凝胶法封闭，由TEOS和水制备的SiO₂溶胶非常纯净，不含任何酸碱腐蚀物质，可以提高铝氧化膜的耐蚀性。铝氧化膜孔洞被填充后，在加热有水的条件下，孔洞表面可形成一定程度的复合Al₂O₃-SiO₂薄膜，将孔洞完全封闭，从而防止放射性物质的渗出，提高β平面源吸附放射性物质的牢固性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种β平面源制备方法，其特征在于，该方法包括：

对金属托片进行氧化处理，形成氧化膜；

使用放射性料液填充所述金属托片的氧化膜，令所述放射性料液中的放射性金属离子进入所述氧化膜的孔洞，其中所述放射性料液包括⁹⁰Sr-⁹⁰Y放射性原料液、或者²⁰⁴Tl放射性原料液；

使用含硅凝胶封闭所述金属托片的氧化膜孔洞，阻止所述放射性金属离子渗出；

所述金属托片为铝托片，对所述铝托片进行氧化处理，包括：

通过阳极氧化法氧化所述铝托片，阳极氧化法使用的电解液包括去离子水，以及体积分数为15-25%的硫酸和体积分数为20-25%的乙醇，电流设置为15-20A/m²，氧化时间控制在2-4 min；

所述含硅凝胶通过如下过程配置：

将TEOS与去离子水按摩尔比为1：1混合后，在50-70℃的温度下搅拌反应10-14h，冷却至室温后备用；

所述使用含硅凝胶封闭所述金属托片的氧化膜孔洞，包括：

将氧化后的所述铝托片置于冷却至室温的含硅凝胶中，浸泡2-4小时后取出，进行表面清洁后烘干。

2.根据权利要求1所述的β平面源制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

在氧化所述铝托片之前，电化学抛光处理所述铝托片，所用电化学抛光液由乙醇和高氯酸组成，乙醇和高氯酸的体积比为6：1-4：1，电压设置为19-21V，电流密度为1~1.2A/m²，温度为8-12℃，将所述铝托片作为阳极，抛光时间为2-4min。

3.根据权利要求1所述的β平面源制备方法，其特征在于，在阳极氧化所述铝托片的过程中，连接电源正极的电极为金属托片电极，所述金属托片电极与所述铝托片保持平行。

4.根据权利要求1所述的β平面源制备方法，其特征在于，所述放射性料液中包含pH缓冲对，所述pH缓冲对调节所述放射性料液的pH值为6-8。

5.根据权利要求4所述的β平面源制备方法，其特征在于，根据所述金属托片的氧化膜面积，调节所述pH缓冲对的添加量，所述pH缓冲对为碱金属磷酸一氢盐和碱金属磷酸二氢盐。

6.根据权利要求1所述的β平面源制备方法，其特征在于，使用放射性料液填充所述金属托片的氧化膜时，根据所制备β平面源的粒子数选择对应活度的放射性料液。

7.一种β平面源，其特征在于，该β平面源通过权利要求1至6任一项所述方法制备。