一种放射性试样的扫描电镜屏蔽样品座及系统的制作方法

1.本发明涉及核燃料循环及辐照技术领域，具体涉及一种放射性试样的扫描电镜屏蔽样品座及系统。


背景技术：

2.核能作为一种能量密度高、清洁、低碳、可持续能源，是应对全球能源短缺和环境污染问题的主要方法之一，而核能的大规模应用离不开核结构与功能材料的研发。扫描电子显微镜(简称扫描电镜)作为最常规的材料微观表征与分析的大型精密分析仪器，在核结构与功能材料的研发过程中具有至关重要的作用。
3.辐照后的核材料普遍具有放射性，在扫描电镜微观分析与表征过程中强放射性试样不仅会对实验人员和实验环境造成放射性伤害，而且还会对扫描电镜设备本身造成辐照损伤甚至干扰探测器元器件的信号收集和处理等，进而对实验的正常进行和获取数据的真实性、可靠性造成影响。
4.因此，有必要从源头即放射性试样本身进行必要的放射性屏蔽设计。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种放射性试样的扫描电镜屏蔽样品座及系统，能够实现放射性试样进行扫描电镜操作时对放射性样品从源头上进行屏蔽，且能适用于不同尺寸的样品。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种放射性试样的扫描电镜屏蔽样品座，包括底卡板、屏蔽外筒、屏蔽内筒和样品台；
8.所述屏蔽外筒一端与底卡板上端面连接，所述屏蔽内筒设置在屏蔽外筒内侧，且所述屏蔽内筒一端与底卡板上端面可拆卸式连接；
9.所述样品台设置在屏蔽内筒内侧，且所述样品台的外壁与屏蔽内筒内壁接触，所述样品台在外力作用下实现升降；
10.所述底卡板、屏蔽外筒、屏蔽内筒和样品台均采用屏蔽材料制成。
11.本发明所述屏蔽材料采用对射线具有良好屏蔽能力的不锈钢或钨基材料。
12.本发明的底卡板的主要作用是对样品座起稳定支撑作用，本发明的样品台与屏蔽内筒之间形成用于容纳放射性样品的容纳腔，可通过升降样品台调节容纳腔的大小进而实现用于不同尺寸的样品。
13.本发明的样品座采用双层嵌套结构，且本发明的屏蔽内筒与底卡板采用可拆卸式连接，根据放射性样品剂量的大小，对屏蔽内筒的屏蔽材料进行合理的选择以及合理的设计屏蔽内筒的厚度，使样品非测试面的屏蔽能力应不低于5mm等效铅屏蔽当量。
14.本发明的上端面具体是指使用时对应部件朝上的一侧。
15.因此，本发明所述扫描电镜屏蔽样品座不仅能够实现放射性试样进行扫描电镜操
作时对放射性样品从源头上进行屏蔽，且能适用于不同尺寸的样品。
16.进一步地，屏蔽内筒的内壁设置有内螺纹，所述样品台的外壁设置有与内螺纹相配合的外螺纹，即所述屏蔽内筒与样品台之间采用螺纹连接，通过样品台在屏蔽内筒内螺纹转动实现样品台的升降。
17.进一步地，样品台的下端面设置有用于与升降调节工装连接的横板，所述横板可与升降调节工装形成可拆卸式的卡扣结构。
18.进一步地，屏蔽内筒一端与底卡板上端面采用螺栓连接。
19.进一步地，屏蔽外筒的内壁设置第一内支撑台阶，所述屏蔽内筒的外壁设置有与第一内支撑台阶相配合的第一外台阶，所述屏蔽内筒的内壁设置有第二内支撑台阶，当样品台下降至最底端时，样品台被第二内支撑台阶支承。
20.上述设置能够提高屏蔽内筒安装操作的方便性以及整个样品座的结构稳定性。
21.进一步地，屏蔽内筒采用钨基材料制成，所述底卡板、屏蔽外筒和样品台均采用不锈钢制成。
22.一种放射性试样的扫描电镜屏蔽系统，包括扫描电镜屏蔽样品座，还包括升降调节工装，所述升降调节工装具有升降端，使用时升降端与样品台的下端面可拆卸式连接。
23.进一步地，升降调节工装包括夹具底板、减速机底板、减速机和压卡块；
24.所述夹具底板和减速机底板之间通过第一立柱连接，所述减速机安装在减速机底板上，所述夹具底板用于支承扫描电镜屏蔽样品座，使用时，所述减速机的蜗杆输出端与样品台的下端面可拆卸式连接；
25.所述压卡块设置有两个，两个压卡块对称安装在夹具底板上端面，用于夹紧扫描电镜屏蔽样品座。
26.本发明的减速机采用蜗轮蜗杆减速机，可减小屏蔽样品座的起降速度，不仅可对样品台的高度进行精准调控而且可降低因机械手操作不便引发的操作失误。
27.所述减速机上设置有旋钮，可以通过操作旋钮实现控制样品台的升降，使用时，一般是将升降调节工装和样品座置于热室内，采用机械手实现放样操作。
28.进一步地，蜗杆输出端上设置有弹簧，所述蜗杆输出端上在弹簧的两端均设置有弹簧垫片。
29.进一步地，减速机底板下方设置有安装底板，所述减速机底板和安装底板之间通过第二立柱连接，所述减速机底板和安装底板之间设置有刻度指示标尺。
30.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
31.1、本发明所述扫描电镜屏蔽样品座不仅能够实现放射性试样进行扫描电镜操作时对放射性样品从源头上进行屏蔽，且能适用于不同尺寸的样品。
32.2、本发明的扫描电镜屏蔽样品座，其结构简单、操作灵活。
33.3、本发明可对放射性样品从源头上进行屏蔽，进而降低设备元器件所承受的辐射剂量水平、提高元器件的使用寿命、优化设备信息采集效率、保护试验人员和试验环境等，为核结构与功能材料的研发提供技术支持和安全保障。
34.4、本发明通过扫描电镜屏蔽样品座和升降调节工装的协调配合，可有效的在降低待测放射性样品非观察面放射性的基础上，兼顾样品装取、样品台移动的需要，有效提高扫描电镜对高放射性试样的微观分析能力。
附图说明
35.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
36.图1为本发明扫描电镜屏蔽样品座整体结构图；
37.图2为本发明扫描电镜屏蔽样品座的剖视图；
38.图3为本发明升降调节工装的主视图；
39.图4为本发明升降调节工装的立体图。
40.附图中标记及对应的零部件名称：
41.1-底卡板；2-屏蔽外筒；3-屏蔽内筒；4-螺栓；5-样品台；6-横板；7-扫描电镜屏蔽样品座；8-压卡块；9-夹具底板；10-第一立柱；11-弹簧；12-弹簧垫片；13-减速机；14-减速机底板；15-第二立柱；16-刻度指示标尺；17-安装底板；18-升降杆下限片；19-安装螺钉。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
43.实施例1：
44.如图1-图4所示，一种放射性试样的扫描电镜屏蔽样品座，包括底卡板1、屏蔽外筒2、屏蔽内筒3和样品台5；
45.所述屏蔽外筒2一端与底卡板1上端面连接，所述屏蔽内筒3设置在屏蔽外筒2内侧，且所述屏蔽内筒3一端与底卡板1上端面可拆卸式连接；
46.所述样品台5设置在屏蔽内筒3内侧，且所述样品台5的外壁与屏蔽内筒3内壁接触，所述样品台5在外力作用下实现升降；
47.所述底卡板1、屏蔽外筒2、屏蔽内筒3和样品台5均采用屏蔽材料制成。
48.在本实施例中，底卡板1材质选择06cr19ni10材料，其主要作用是对样品座起稳定支撑作用；样品台5材质同样选用06cr19ni10材料，其主体结构为具有一定厚度的圆盘，底部设有一横板6，横板6的目的是与升降调节工装相连，方便调节样品台5在样品座中的高度。
49.在本实施例中，屏蔽外筒2其主体材质选择06cr19ni10材料；屏蔽内筒3其材质主要选择对γ射线具有良好屏蔽效果的钨基材料，所述屏蔽内筒3的内壁设置有内螺纹，所述样品台5的外壁设置有与内螺纹相配合的外螺纹，即屏蔽内筒3和样品台5之间采用螺纹连接，通过螺纹转动实现样品台5的升降，具有操作方便且稳定的优点。
50.实施例2：
51.如图1-图2所示，本实施例基于实施例1；
52.在本实施例中，为了便于扫描电镜屏蔽样品座7的安装和提高结构稳定性，所述屏蔽外筒2的内壁设置第一内支撑台阶，所述屏蔽内筒3的外壁设置有与第一内支撑台阶相配合的第一外台阶，所述屏蔽内筒3的内壁设置有第二内支撑台阶，当样品台5下降至最底端时，样品台5被第二内支撑台阶支承。
53.实施例3：
54.由于实验过程中，待测放射性样品的尺寸一般具有不规则的特点，为不影响扫描电镜的分析精度，该扫描电镜屏蔽样品座7应具备样品台5灵活升降的功能。根据实施例1或实施例2所述扫描电镜屏蔽样品座7的结构特点可通过旋转样品台5下部的横板6实现样品台5的升降。由于在热室内机械手操作困难，因此有必要设计一个便于机械手操作的扫描电镜屏蔽样品座7的升降调节工装。
55.如图1-图4所示，一种放射性试样的扫描电镜屏蔽系统，包括如实施例1或实施例2所述扫描电镜屏蔽样品座7，还包括升降调节工装，所述升降调节工装具有升降端，使用时升降端与样品台5的下端面可拆卸式连接。
56.在本实施例中，所述升降调节工装包括夹具底板9、减速机底板14、减速机13和压卡块8；
57.所述夹具底板9和减速机底板14之间通过第一立柱10连接，所述减速机13安装在减速机底板14上，所述夹具底板9用于支承扫描电镜屏蔽样品座7，使用时，所述减速机13的蜗杆输出端与样品台5的下端面可拆卸式连接；
58.所述压卡块8设置有两个，两个压卡块8对称安装在夹具底板9上端面，用于夹紧扫描电镜屏蔽样品座7，优选地，压卡块8滑动设置在夹具底板9上。
59.在本实施例中，减速机13采用蜗轮蜗杆减速机，所述蜗杆输出端上设置有弹簧11，所述蜗杆输出端上在弹簧11的两端均设置有弹簧垫片12，通过减速机13和弹簧11可控制待测样品上升或下降时的速度。
60.当需要利用扫描电镜分析强放射性试样时，对待测放射性样品和扫描电镜屏蔽样品座7需进行的操作流程主要包括装样过程、分析过程和取样过程等，每步的具体操作如下：
61.1)装样过程，首先将扫描电镜屏蔽样品座7正立放置在特定实验操作台面上，利用机械手将扫描电镜屏蔽样品座7装配在升降调节工装上；升降调节工装上的减速机13的旋钮使样品台5的顶面(上端面)升至与屏蔽外筒2外沿最高水平面水平处；利用机械手将待测放射性样品固定在样品台5上；旋转减速机13的旋钮降低样品台5的高度，使待测放射性样品的待测面与屏蔽外筒2外沿最高水平面水平处；利用机械手将扫描电镜屏蔽样品座7从升降调节工装上取下，正立放置在特定实验操作台面上，装样过程完成；
62.2)分析过程，打开扫描电镜样品仓，将扫描电镜屏蔽样品座7固定在扫描电镜的样品台上；关闭扫描电镜样品仓门，利用扫描电镜自带的位移功能合理的调节扫描电镜屏蔽样品座7的位置，即可；
63.3)取样过程，待样品分析完成后，利用扫描电镜的常规操作打开扫描电镜样品仓将扫描电镜屏蔽样品座7从扫描电镜样品仓中取出放置在特定实验台上，关闭扫描电镜样品仓门；将扫描电镜屏蔽样品座7装配在升降调节工装上，利用机械手旋转减速机13的旋钮使样品台5升至最高处，利用机械手将已测放射性样品从样品台5上取下，放置在特制的铅罐里；利用机械手再次旋转减速机13的旋钮使样品台5降低至扫描电镜屏蔽样品座7最低处，将扫描电镜屏蔽样品座7从升降调节工装上取下，分别放置在特定的区域，取样过程完成。
64.本实施例通过扫描电镜屏蔽样品座7和升降调节工装的协调配合，可有效的在降低待测放射性样品非观察面放射性的基础上，兼顾样品装取、样品台移动的需要，有效提高
扫描电镜对高放射性试样的微观分析能力。此外，结合扫描电镜设备本身结构特点，合理设置扫描电镜屏蔽样品座7的规格尺寸，其具体要求为：1)可满足最大直径40mm，最大高度30mm样品的装载；2)可通过旋转调节样品适用尺寸(直径和高度)并固定样品；3)装载样品后整体高度不超过45mm；4)样品非测试面的屏蔽能力不低于5mm等效铅屏蔽当量。
65.实施例4：
66.如图1-图4所示，本实施例基于实施例3，所述减速机底板14下方设置有安装底板17，所述减速机底板14和安装底板17之间通过第二立柱15连接，所述减速机底板14和安装底板17之间设置有刻度指示标尺16，所述安装底板17可同通过安装螺钉19与外部设备或地面连接，所述安装底板17的上端面设置有升降杆下限片18；减速机13的蜗杆输出端在传动过程中上下移动，所述升降杆下限片18用于对蜗杆输出端向下传动进行限位。
67.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
68.需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。