磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的装置的制作方法

本实用新型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放射源的装置。

背景技术：

α能谱法在锕系元素的定性和定量分析中起着重要的作用。目前，α能谱法已经广泛应用于各领域的放射性测量中，此如核保障分析、核安全、核裂变、核数据和环境检测等领域。在对α放射源进行α能谱测量时，测量的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法常用来制备极薄的固体放射源，这种制源方法的优势是，沉积率高、成本便宜。然而，在一些含有多种放射性核素的放射性物质中，这些放射性核素的能谱是叠加的，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，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制源装置。

技术实现要素：

本实用新型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高分辨率α放射源的装置，以提高所制备α放射源的能量分辨率。

本实用新型的技术方案如下：一种磁流体动力学电沉积法制备高分辨率α放射源的装置，包括二维定位支架和设置在二维定位支架上的永磁体调控台面，所述的永磁体调控台面中部设有盛装沉积液的沉积槽，在沉积槽的两侧设有用于固定永磁体的磁铁固定板和用于调节永磁体位置的位移传动装置；在所述二维定位支架的上部设有与电源正极相连的电极，电极的下端安装阳极丝，阳极丝从沉积槽的顶部伸入到沉积液中；在沉积槽底部设有紧密接触的阴极沉积源片和阴极导出垫片，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放射源的装置，其中，所述的用于调节永磁体位置的位移传动装置包括轴承座、丝杠和滑块，丝杠设置在轴承座上，滑块与丝杠螺纹连接，磁铁固定板固定在滑块上。

更进一步，位于沉积槽两侧的位移传动装置对称设置。

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放射源的装置，其中，所述的二维定位支架包括底板和垂直固定架，永磁体调控台面安装在所述底板上，垂直固定架上设有呈水平状的垂直升降臂，垂直升降臂通过电动调节丝杠螺母传动装置实现上下移动，所述电极以及用于控制电极的电极旋转电机均设置在垂直升降臂上。

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放射源的装置，其中，所述的二维定位支架和永磁体调控台面均采用无磁性材料；永磁体材料选择钕铁硼，永磁体的N-S极方向垂直于沉积槽的轴线方向。

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放射源的装置，其中，所述沉积槽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，所述阴极导出线从螺纹底盖的开孔引出。

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放射源的装置，其中，所述沉积槽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放射源的装置，其中，所述沉积槽设置在沉积槽支架上，沉积槽支架安装在永磁体调控台面中部；所述沉积槽支架为上部设有凹槽的柱形结构，沉积槽置于所述凹槽内，在沉积槽支架的一侧设有供阴极导出线引出的小口。

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放射源的装置，其中，所述的沉积槽、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。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型不同于传统电沉积装置，在沉积槽外施加永磁体提供磁场，在该磁场和电场共存的情况下，产生一个洛伦兹力，该力能加快阴极表面的传质速率，减小扩散层的厚度，进而能使所制的α源沉积效率更高，能量分辨率更好。而且根据需要，还可以在沉积槽的两边对称地施加磁场。

(2)由于永磁体为强磁，在操作过程中存在较大的危险性，通过永磁体调控台面可以方便的固定永磁体和调节永磁体距离沉积槽的位置，避免在操作过程中因强磁相吸而引起人员受伤或放射性溶液洒落的危险。因此在获得好的沉积效率和能量分辨率的同时，大大提高了操作的安全性。

(3)本实用新型的高精度二维定位支架可固定沉积槽的位置，调节电极间距和阳极转速，与传统沉积方法相此，大大提高了实验精度和沉积效果的同时，也减小了操作人员接触放射性的几率，从而使操作更加方便安全。

(4)在传统电沉积过程中搅拌溶液可以增大传值速率，进而使沉积物更多更快地沉积到阴极表面，用磁流体动力学电沉积装置制备放射源对于小型的电解池等微型装置可以不需机械搅拌，而能很好地进行混合、传质，制备出高分辨率的放射源，从而可以减少电能消耗节约能源资源。

附图说明

图1为本实用新型实施例中高分辨率α放射源制备装置的正面结构示意图；

图2为本实用新型实施例中高分辨率α放射源制备装置的侧面结构示意图；

图3为本实用新型实施例中沉积装置的结构示意图。

图中，1-二维定位支架；2-永磁体调控台面；21-丝杠；22-滑块；23-轴承座3-沉积槽；31-阴极沉积源片；32-阴极导出垫片；33-螺纹底盖；34-防溅装置；4-永磁体；5-沉积槽支架；6-垂直升降臂；7-阴极导出线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

本实用新型提供了一种磁流体动力学电沉积制备高分辨率α放射源的装置，该装置包括电源、沉积槽、沉积槽支架、防溅装置、高精度二维定位支架、永磁体、永磁体调控台面、铂阳极等。在二维定位支架上设置永磁体调控台面，永磁体调控台面中部设置盛装沉积液的沉积槽，沉积槽安装在沉积槽支架上，顶部设有防溅装置，在沉积槽的两侧设置用于固定永磁体的磁铁固定板和用于调节永磁体位置的位移传动装置。在二维定位支架的上部设置与电源正极相连的电极，电极的下端安装阳极丝，阳极丝从沉积槽的顶部伸入到沉积液中。在沉积槽底部设有紧密接触的阴极沉积源片和阴极导出垫片，在所述阴极导出垫片底部连接阴极导出线，所述阴极导出线连接电源负极。

其中，电源选择直流稳流稳压电源，以满足恒电压电沉积和恒电流电沉积两种不同的沉积需求。

永磁体材料选择钕铁硼，其典型组成为Fe 65％，Nd 33％，B 1.2％，另有少量的Al、Nb、Dy和Co，它的最大磁能积可高达400KJ/m³或更高。永磁体形状为圆柱形，轴向充磁。永磁体为强磁，在沉积过程中，永磁体的放置方向为使其N-S极垂直沉积槽的轴线方向，且其与沉积槽的距离可以通过永磁体调控台面准确调控。

在磁流体动力学电沉积制备放射源过程中，先将永磁体调控台面与高精度二维定位支架用螺栓固定，再将永磁体按一定的方向固定在永磁体调控台面上，然后将装有沉积液而且底部密封的沉积槽及其支架固定在永磁体调控台面上。最后将铂阳极丝固定在高精度二维定位支架上，并调节阳极与阴极沉积源片的距离和阳极的转速。

实施例1

如图1、图2所示，高精度二维定位支架1包括底板、垂直固定架、垂直升降臂，电极、电极旋转电机均设置在垂直升降臂6上，垂直升降臂6通过外置的控制器界面上的按钮进行调控操作，并可以通过电动调节丝杠螺母传动装置来实现其上下移动。在电极的下端安装清洗干净的铂阳极丝，铂丝可以弯曲成不同的形状。永磁体调控台面2装设在二维定位支架的底板上，通过高精度二维定位支架的外置控制器，可以方便地调节阳极的升降进而调节阳极与阴极沉积源片的间距，还可调节阳极转速。该高精度二维定位支架主体结构采用了铝、灰塑料、碳钢等无磁性材料，以减少在磁流体动力学电沉积法制备放射源过程中对磁场的干扰。

永磁体调控台面2包括底座、磁铁固定板、轴承座23、丝杠21和滑块22等部件。底座可以为一长方形铝板，在板的对角线中心处有一个圆形的孔，用于固定沉积槽3，在孔的左右两侧对称的安装有轴承座23、滑块22、磁铁固定板和丝杠21，丝杠21设置在轴承座23上，滑块22与丝杠21螺纹连接，磁铁固定板固定在滑块22上。永磁体4固定在磁铁固定板上，使其N-S极方向垂直于沉积槽的轴线方向，永磁体4可以通过丝杠随滑块22在丝杠21上左右移动，进而可以调节永磁体4与沉积槽3的距离，根据底座上的长度刻度可以准确的读出永磁体轴向端面中心与阴极沉积源片中心的距离，从而可求出沉积源片中心处的磁通密度。永磁体调控台面2的材料选用铝、铜、灰塑料，这些材料均无磁性，以避免对磁场的干扰。

将永磁体调控台面2的底座置于高精度二维定位支架底板的表面，使高精度二维定位支架上电极的中心在永磁体调控台面中心沉积槽孔圆心的正上方，即两圆心在同一垂直线上。在其位置调节好之后，用四个铝质螺母将高精度二维定位支架和永磁体调控台面进行固定。

如图3所示，沉积槽3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，本实施例中沉积槽3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33进行密封，螺纹底盖33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33内从下向上依次安装有阴极导出垫片32和阴极沉积源片31，阴极沉积源片31和阴极导出垫片32紧密接触，阴极沉积源片为厚度1mm直径为24mm的304不锈钢片(也可以采用银材料)，阴极导出垫片32为2mm厚的不锈钢片。其中，在阴极导出垫片32的底部焊接一根阴极导出线7，该阴极导出线7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4紧贴沉积槽3设置，为了使阴极沉积源片31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5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5的材料也为聚四氟乙烯或玻璃材料，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7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。

本实用新型还在沉积槽3的顶部设计了一个聚四氟乙烯的倒圆锥形防溅装置34(也可以采用玻璃材料)，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。

在磁流体动力学电沉积制备放射源过程中，先将永磁体调控台面2与高精度二维定位支架1用螺栓固定，再将永磁体4按一定的方向固定在永磁体调控台面2上，然后将底部密封而且装有沉积液的沉积槽3及其支架5固定在永磁体调控台面2上。最后将铂阳极丝固定在高精度二维定位支架1上，并调节阳极丝与阴极沉积源片的距离为5mm和阳极的转速为60r/min。

为验证本装置的效果，分别用普通电沉积装置和本实用新型中的磁流体动力学电沉积装置制备了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此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

本实施例的装置结构与实施例1基本相同，与实施例1不同的是，调节阳极的垂直高度使其距离沉积源片7mm的距离；电沉积过程中铂电极的转速为50r/min。在沉积槽两侧对称的施加永磁体，两块永磁体的磁通密度都为0.7T，且使阴极沉积源片的中心位置和每侧永磁体轴向表面的中心之间距离都为14mm。装置左右对称，不仅可以在沉积槽的两边对称的施加磁场，还可以方便地调控永磁体距离沉积槽的距离，实现不同磁场大小及磁场不同施加方式对磁流体动力学电沉积的影响的全面研究。

实施例3

本实施例的装置结构与实施例1基本相同，与实施例1不同的是，调节阳极的垂直高度使其距离沉积源片9mm的距离；电沉积过程中铂电极的转速为40r/min。在沉积槽单侧施加永磁体，永磁体的磁通密度为0.7T，且使阴极沉积源片的中心位置和永磁体轴向表面的中心之间距离为18mm。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。