本發(fā)明屬于放射源制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置。

背景技術(shù)：

α能譜法在錒系元素的定性和定量分析中起著重要的作用。目前，α能譜法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的放射性測量中，比如核保障分析、核安全、核裂變、核數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測等領(lǐng)域。在對α放射源進(jìn)行α能譜測量時，測量的準(zhǔn)確度主要依賴于所制備的α放射源的質(zhì)量，高質(zhì)量的固體放射源通常是放射性物質(zhì)形成一種均勻一致的薄層。目前制備放射源的各種技術(shù)中電沉積法常用來制備極薄的固體放射源，這種制源方法的優(yōu)勢是，沉積率高、成本便宜。然而，在一些含有多種放射性核素的放射性物質(zhì)中，這些放射性核素的能譜是疊加的，用傳統(tǒng)電沉積方法制備的放射源在α能譜測量中能量分辨率不高，所以亟待建立一種能夠明顯的提高所制源的能量分辨率的新的制源方法和制源裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，以提高所制備α放射源的能量分辨率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，包括二維定位支架和設(shè)置在二維定位支架上的永磁體調(diào)控臺面，所述的永磁體調(diào)控臺面中部設(shè)有盛裝沉積液的沉積槽，在沉積槽的兩側(cè)設(shè)有用于固定永磁體的磁鐵固定板和用于調(diào)節(jié)永磁體位置的位移傳動裝置；在所述二維定位支架的上部設(shè)有與電源正極相連的電極，電極的下端安裝陽極絲，陽極絲從沉積槽的頂部伸入到沉積液中；在沉積槽底部設(shè)有緊密接觸的陰極沉積源片和陰極導(dǎo)出墊片，在所述陰極導(dǎo)出墊片底部連接陰極導(dǎo)出線，所述陰極導(dǎo)出線連接電源負(fù)極。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述的用于調(diào)節(jié)永磁體位置的位移傳動裝置包括軸承座、絲杠和滑塊，絲杠設(shè)置在軸承座上，滑塊與絲杠螺紋連接，磁鐵固定板固定在滑塊上。

更進(jìn)一步，位于沉積槽兩側(cè)的位移傳動裝置對稱設(shè)置。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述的二維定位支架包括底板和垂直固定架，永磁體調(diào)控臺面安裝在所述底板上，垂直固定架上設(shè)有呈水平狀的垂直升降臂，垂直升降臂通過電動調(diào)節(jié)絲杠螺母傳動裝置實現(xiàn)上下移動，所述電極以及用于控制電極的電極旋轉(zhuǎn)電機(jī)均設(shè)置在垂直升降臂上。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述的二維定位支架和永磁體調(diào)控臺面均采用無磁性材料；永磁體材料選擇釹鐵硼，永磁體的n-s極方向垂直于沉積槽的軸線方向。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述沉積槽的底部通過螺紋底蓋進(jìn)行密封，螺紋底蓋的中心開孔，在沉積槽底部螺紋底蓋內(nèi)從下向上依次設(shè)置陰極導(dǎo)出墊片和陰極沉積源片，所述陰極導(dǎo)出線從螺紋底蓋的開孔引出。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述沉積槽的頂部設(shè)有倒圓錐形的防濺裝置，圓錐形的頂端設(shè)有供陽極絲穿過的開口。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述沉積槽設(shè)置在沉積槽支架上，沉積槽支架安裝在永磁體調(diào)控臺面中部；所述沉積槽支架為上部設(shè)有凹槽的柱形結(jié)構(gòu)，沉積槽置于所述凹槽內(nèi)，在沉積槽支架的一側(cè)設(shè)有供陰極導(dǎo)出線引出的小口。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述的沉積槽、螺紋底蓋、防濺裝置和沉積槽支架均可采用聚四氟乙烯材料或者玻璃材料。

進(jìn)一步，如上所述的磁流體動力學(xué)電沉積法制備高分辨率α放射源的裝置，其中，所述的陰極導(dǎo)出墊片采用不銹鋼材料；所述的陰極沉積源片采用304不銹鋼或銀材料。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明不同于傳統(tǒng)電沉積裝置，在沉積槽外施加永磁體提供磁場，在該磁場和電場共存的情況下，產(chǎn)生一個洛倫茲力，該力能加快陰極表面的傳質(zhì)速率，減小擴(kuò)散層的厚度，進(jìn)而能使所制的α源沉積效率更高，能量分辨率更好。而且根據(jù)需要，還可以在沉積槽的兩邊對稱地施加磁場。

(2)由于永磁體為強(qiáng)磁，在操作過程中存在較大的危險性，通過永磁體調(diào)控臺面可以方便的固定永磁體和調(diào)節(jié)永磁體距離沉積槽的位置，避免在操作過程中因強(qiáng)磁相吸而引起人員受傷或放射性溶液灑落的危險。因此在獲得好的沉積效率和能量分辨率的同時，大大提高了操作的安全性。

(3)本發(fā)明的高精度二維定位支架可固定沉積槽的位置，調(diào)節(jié)電極間距和陽極轉(zhuǎn)速，與傳統(tǒng)沉積方法相比，大大提高了實驗精度和沉積效果的同時，也減小了操作人員接觸放射性的幾率，從而使操作更加方便安全。

(4)在傳統(tǒng)電沉積過程中攪拌溶液可以增大傳值速率，進(jìn)而使沉積物更多更快地沉積到陰極表面，用磁流體動力學(xué)電沉積裝置制備放射源對于小型的電解池等微型裝置可以不需機(jī)械攪拌，而能很好地進(jìn)行混合、傳質(zhì)，制備出高分辨率的放射源，從而可以減少電能消耗節(jié)約能源資源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中高分辨率α放射源制備裝置的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中高分辨率α放射源制備裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-二維定位支架；2-永磁體調(diào)控臺面；21-絲杠；22-滑塊；23-軸承座3-沉積槽；31-陰極沉積源片；32-陰極導(dǎo)出墊片；33-螺紋底蓋；34-防濺裝置；4-永磁體；5-沉積槽支架；6-垂直升降臂；7-陰極導(dǎo)出線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明提供了一種磁流體動力學(xué)電沉積制備高分辨率α放射源的裝置，該裝置包括電源、沉積槽、沉積槽支架、防濺裝置、高精度二維定位支架、永磁體、永磁體調(diào)控臺面、鉑陽極等。在二維定位支架上設(shè)置永磁體調(diào)控臺面，永磁體調(diào)控臺面中部設(shè)置盛裝沉積液的沉積槽，沉積槽安裝在沉積槽支架上，頂部設(shè)有防濺裝置，在沉積槽的兩側(cè)設(shè)置用于固定永磁體的磁鐵固定板和用于調(diào)節(jié)永磁體位置的位移傳動裝置。在二維定位支架的上部設(shè)置與電源正極相連的電極，電極的下端安裝陽極絲，陽極絲從沉積槽的頂部伸入到沉積液中。在沉積槽底部設(shè)有緊密接觸的陰極沉積源片和陰極導(dǎo)出墊片，在所述陰極導(dǎo)出墊片底部連接陰極導(dǎo)出線，所述陰極導(dǎo)出線連接電源負(fù)極。

其中，電源選擇直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源，以滿足恒電壓電沉積和恒電流電沉積兩種不同的沉積需求。

永磁體材料選擇釹鐵硼，其典型組成為fe65％，nd33％，b1.2％，另有少量的al、nb、dy和co，它的最大磁能積可高達(dá)400kj/m³或更高。永磁體形狀為圓柱形，軸向充磁。永磁體為強(qiáng)磁，在沉積過程中，永磁體的放置方向為使其n-s極垂直沉積槽的軸線方向，且其與沉積槽的距離可以通過永磁體調(diào)控臺面準(zhǔn)確調(diào)控。

在磁流體動力學(xué)電沉積制備放射源過程中，先將永磁體調(diào)控臺面與高精度二維定位支架用螺栓固定，再將永磁體按一定的方向固定在永磁體調(diào)控臺面上，然后將裝有沉積液而且底部密封的沉積槽及其支架固定在永磁體調(diào)控臺面上。最后將鉑陽極絲固定在高精度二維定位支架上，并調(diào)節(jié)陽極與陰極沉積源片的距離和陽極的轉(zhuǎn)速。

實施例1

如圖1、圖2所示，高精度二維定位支架1包括底板、垂直固定架、垂直升降臂，電極、電極旋轉(zhuǎn)電機(jī)均設(shè)置在垂直升降臂6上，垂直升降臂6通過外置的控制器界面上的按鈕進(jìn)行調(diào)控操作，并可以通過電動調(diào)節(jié)絲杠螺母傳動裝置來實現(xiàn)其上下移動。在電極的下端安裝清洗干凈的鉑陽極絲，鉑絲可以彎曲成不同的形狀。永磁體調(diào)控臺面2裝設(shè)在二維定位支架的底板上，通過高精度二維定位支架的外置控制器，可以方便地調(diào)節(jié)陽極的升降進(jìn)而調(diào)節(jié)陽極與陰極沉積源片的間距，還可調(diào)節(jié)陽極轉(zhuǎn)速。該高精度二維定位支架主體結(jié)構(gòu)采用了鋁、灰塑料、碳鋼等無磁性材料，以減少在磁流體動力學(xué)電沉積法制備放射源過程中對磁場的干擾。

永磁體調(diào)控臺面2包括底座、磁鐵固定板、軸承座23、絲杠21和滑塊22等部件。底座可以為一長方形鋁板，在板的對角線中心處有一個圓形的孔，用于固定沉積槽3，在孔的左右兩側(cè)對稱的安裝有軸承座23、滑塊22、磁鐵固定板和絲杠21，絲杠21設(shè)置在軸承座23上，滑塊22與絲杠21螺紋連接，磁鐵固定板固定在滑塊22上。永磁體4固定在磁鐵固定板上，使其n-s極方向垂直于沉積槽的軸線方向，永磁體4可以通過絲杠隨滑塊22在絲杠21上左右移動，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)永磁體4與沉積槽3的距離，根據(jù)底座上的長度刻度可以準(zhǔn)確的讀出永磁體軸向端面中心與陰極沉積源片中心的距離，從而可求出沉積源片中心處的磁通密度。永磁體調(diào)控臺面2的材料選用鋁、銅、灰塑料，這些材料均無磁性，以避免對磁場的干擾。

將永磁體調(diào)控臺面2的底座置于高精度二維定位支架底板的表面，使高精度二維定位支架上電極的中心在永磁體調(diào)控臺面中心沉積槽孔圓心的正上方，即兩圓心在同一垂直線上。在其位置調(diào)節(jié)好之后，用四個鋁質(zhì)螺母將高精度二維定位支架和永磁體調(diào)控臺面進(jìn)行固定。

如圖3所示，沉積槽3可采用聚四氟乙烯材料或者玻璃材料。玻璃材料導(dǎo)熱性略好，但是玻璃對放射性核素的吸附作用較大，且加工成本高、工藝復(fù)雜；聚四氟乙烯雖然導(dǎo)熱性略差，但是對放射性核素的吸附作用小、來源廣泛、價格低廉、加工方便。因此，本實施例中沉積槽3采用聚四氟乙烯材料，不僅可以減少對放射性核素的吸附，也可以減小對磁場的干擾。沉積槽體頂部敞口，陽極絲從頂部垂直伸入到沉積液中，底部由同材質(zhì)的螺紋底蓋33進(jìn)行密封，螺紋底蓋33中心開有一個小口。在沉積過程中沉積槽體底部的螺紋底蓋33內(nèi)從下向上依次安裝有陰極導(dǎo)出墊片32和陰極沉積源片31，陰極沉積源片31和陰極導(dǎo)出墊片32緊密接觸，陰極沉積源片為厚度1mm直徑為24mm的304不銹鋼片(也可以采用銀材料)，陰極導(dǎo)出墊片32為2mm厚的不銹鋼片。其中，在陰極導(dǎo)出墊片32的底部焊接一根陰極導(dǎo)出線7，該陰極導(dǎo)出線7從螺紋底蓋中心小口垂直向下引出一小段長度并以90度角彎曲成水平方向引出，該引出線可直接連接電源的負(fù)極。

沉積過程中，永磁體4緊貼沉積槽3設(shè)置，為了使陰極沉積源片31處在圓柱形永磁體的外軸線上，可根據(jù)永磁體的尺寸加工沉積槽支架5以調(diào)整沉積過程中沉積槽的實際高度。為了減小對磁場的干擾沉積槽支架5的材料也為聚四氟乙烯或玻璃材料，支架的總體結(jié)構(gòu)為上部有一凹槽的圓柱體，凹槽的內(nèi)徑略大于沉積槽底螺紋底蓋的外徑，使沉積槽可以剛好放入支架的凹槽內(nèi)。在圓柱形支架的一側(cè)以圓柱體的圓心為頂角開一個5度角的小口，以方便沉積槽底部陰極導(dǎo)出線7的引出。沉積槽支架的高度需根據(jù)永磁體的尺寸和沉積槽的體積而確定。

本發(fā)明還在沉積槽3的頂部設(shè)計了一個聚四氟乙烯的倒圓錐形防濺裝置34(也可以采用玻璃材料)，在其圓錐頂端開一個小口，以便沉積過程中陽極絲可以通過該小口而垂直伸入到沉積液中。該裝置可以防止沉積過程中陰極產(chǎn)生的氫氣在上升過程中對放射性溶液的載帶作用而使沉積液減少。

在磁流體動力學(xué)電沉積制備放射源過程中，先將永磁體調(diào)控臺面2與高精度二維定位支架1用螺栓固定，再將永磁體4按一定的方向固定在永磁體調(diào)控臺面2上，然后將底部密封而且裝有沉積液的沉積槽3及其支架5固定在永磁體調(diào)控臺面2上。最后將鉑陽極絲固定在高精度二維定位支架1上，并調(diào)節(jié)陽極絲與陰極沉積源片的距離為5mm和陽極的轉(zhuǎn)速為60r/min。

為驗證本裝置的效果，分別用普通電沉積裝置和本發(fā)明中的磁流體動力學(xué)電沉積裝置制備了²⁴¹amα放射源，兩種源都用α譜儀進(jìn)行測量，結(jié)果證明本裝置制備的α放射源的能量分辨率比普通電沉積裝置制備的放射源的能量分辨率提高了30％(α能量為5.485mev處)。

實施例2

本實施例的裝置結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，與實施例1不同的是，調(diào)節(jié)陽極的垂直高度使其距離沉積源片7mm的距離；電沉積過程中鉑電極的轉(zhuǎn)速為50r/min。在沉積槽兩側(cè)對稱的施加永磁體，兩塊永磁體的磁通密度都為0.7t，且使陰極沉積源片的中心位置和每側(cè)永磁體軸向表面的中心之間距離都為14mm。裝置左右對稱，不僅可以在沉積槽的兩邊對稱的施加磁場，還可以方便地調(diào)控永磁體距離沉積槽的距離，實現(xiàn)不同磁場大小及磁場不同施加方式對磁流體動力學(xué)電沉積的影響的全面研究。

實施例3

本實施例的裝置結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，與實施例1不同的是，調(diào)節(jié)陽極的垂直高度使其距離沉積源片9mm的距離；電沉積過程中鉑電極的轉(zhuǎn)速為40r/min。在沉積槽單側(cè)施加永磁體，永磁體的磁通密度為0.7t，且使陰極沉積源片的中心位置和永磁體軸向表面的中心之間距離為18mm。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。