一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，包括如下步骤：球磨混合UO2粉末、石墨粉末、PVA粉末得到混合后粉末物料；采用液压机对真空干燥后的混合后粉末物料进行压制成型得到煅烧用压坯；将煅烧用压坯进行高温真空煅烧制备放射性核束装置碳化铀靶材。本发明专利技术提供的方法解决了现有UC

【技术实现步骤摘要】
一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法


[0001]本专利技术属于放射性核束装置的靶材制备
，具体涉及一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法。

技术介绍

[0002]自然界天然存在的核素不到300种，而迄今为止，已人工产生的核素已达到近3000种，理论预研可能存在的核素多达8000～10000种，这些人工产生的核素大多为不稳定核素，或称为放射性核素。将这些放射性核素电离即可形成放射性束流，产生放射性束流的加速器装置即为放射性核束装置。采用放射性束流使之前稳定束不能开展的研究成为可能，既可以开展核物理基础前沿研究，也可以用于材料科学、生物科学、核医学等核技术应用科学研究。
[0003]近几十年来，放射性核物理迅速发展，国际上许多国家都建造了放射性核束装置，开展放射性核束流物理研究。这些装置就放射性核束产生方法分类，可分为弹核碎裂法(Projectile Fragmentation，简称PF法)和在线同位素分离法(Isotope Separation On Line，简称ISOL法)两大类。
[0004]ISOL法放射性核束装置采用加速器产生的带电粒子或反应堆产生的中子轰击厚靶产生中、短寿命放射性核素，再将这些核素从靶中引出并电离形成束流，经分析、加速后供物理用户使用。ISOL法产生放射性核束的优点是流强大、束流品质好。国际上基于ISOL法产生放射性核束的典型装置有瑞士CERN的ISOLDE，意大利的LNS的EXCYT，加拿大TRIUMF实验室的ISAC，以及韩国在建的KORIA等。
[0005]放射性核束装置对靶材具有相当苛刻的要求：工作温度高、热导率高、核素扩散特性好、高温变性小。因此，靶材的研制一直以来都是放射性核素装置的技术难点之一。质子束轰击常规轻核靶材可产生的核素比较有限，然而，如果采用质子束轰击铀靶发生裂变反应，可产生数百种放射性产物。
[0006]国际上放射性核束装置均一直致力于UC
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靶件的工艺研究及优化，并研发出了多种制靶工艺。目前文献报道的UC
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制靶工艺主要包括以下工艺：
[0007]1)冷压成型工艺：该工艺的代表是欧洲核子中心CERN采取的UC
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靶制备工艺，将UO2、U3O8或者UO3与石墨粉混合，加入粘结剂压制成型，在高温碳热还原生产所需的UC
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靶材；该工艺的优点在于方法简单，易于实现，但存在靶件内碳残余较高、反应不彻底、UC含量较高、孔隙分布不均匀等问题，影响了靶材实际使用性能。
[0008]2)渗透沉积法：美国橡树岭国家实验室放射性核束装置HRIBF采用该法制备UC
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靶件。该法首先经碳热还原工艺制备UC
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粉末，同时制备多孔泡沫状石墨。后续配置UC
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粉末与粘结剂的悬浮液，然后通过负压的方法使得UC
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粉末沉积于多孔泡沫石墨基底上。该法优点在于多孔石墨孔隙一致均匀，开孔多，缺点是多孔泡沫状石墨的使用大幅提高了成本，且渗透沉积时也可能造成UC
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靶材料在石墨基底的不均匀分布，同时存在碳热还原法固有问题。
[0009]3)注浆成型法：加拿大TRIUMF实验室的ISAC放射性核束装置使用该法制备UC
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靶
件。该法早期首先经碳热还原工艺制备得到UC
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粉末，再将UC
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粉末与添加剂混合研磨后配置成具有一定粘性的浆料，然后在石墨背板上涂抹浆料，经干燥成型再进行热处理得到UC
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靶材。注浆成型工艺流程较繁琐，完成靶材生产需耗时10周，后续加拿大方面对此法进行了改进，配置UO2与石墨粉的混合浆料注浆成型，后续直接经碳热还原得到UC
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靶材产品，生产时间缩减为1周，但该法依旧存在靶材易变形、自动化困难、模具消耗大等一系列问题，且也存在碳热还原法固有问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，能够得到一种生产简单易行、且具备较高性能指标的UC
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靶材的生产制造方法。
[0011]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0012]S1、球磨混合：按设定质量份称取原料粉末，所述原料粉末包括4
‑
9份UO2粉末、1份石墨粉末、0
‑
2份PVA粉末，并将称取的原料粉末加入球磨罐中，再向球磨罐中加入PVA水溶液，进行高能球磨混合，得到的混合后粉末物料经真空干燥备用；
[0013]S2、压制成型：使用液压机对真空干燥后的所述混合后粉末物料进行压制成型，得到煅烧用压坯；
[0014]S3、高温煅烧：将所述煅烧用压坯进行高温真空煅烧，按指定的升温速率从室温升温至600℃；然后按设定的升温速率从600℃继续升温至1400
‑
1500℃，并保温16
‑
32h；再按设定的升温速率从1400
‑
1500℃继续升温至1700
‑
1800℃，并保温3
‑
6h，最后在保温结束后冷却至室温。
[0015]进一步，所述PVA水溶液中，PVA的质量百分含量为1％
‑
10％。
[0016]进一步，所述PVA水溶液的质量为所述原料粉末总质量的1/4至2倍。
[0017]进一步，所述原料粉末按如下设定质量份称取：7
‑
9份UO2粉末、1份石墨粉末、1
‑
2份PVA粉末。
[0018]进一步，步骤S1的所述球磨混合过程中，球磨转速为300至500转/分钟。
[0019]进一步，步骤S1的所述球磨混合过程中，球磨混合时间为2小时至8小时。
[0020]进一步，步骤S2的所述压制成型过程中，压制压力为100
‑
500Mpa。
[0021]进一步，步骤S3的所述高温煅烧过程中，需保证真空度不低于10
‑2Pa量级。
[0022]进一步，所述指定的升温速率为2
‑
10℃/min。
[0023]进一步，所述设定的升温速率为1
‑
3℃/min。
[0024]本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术所提供的一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，通过如下步骤：球磨混合UO2粉末、石墨粉末、PVA粉末得到混合后粉末物料；采用液压机对真空干燥后的混合后粉末物料进行压制成型得到煅烧用压坯；将煅烧用压坯进行高温真空煅烧制备放射性核束装置碳化铀靶材。本专利技术提供的方法解决了现有UC
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靶材制备冷压成型工艺中由于UO2中氧铀比低、氧铀比存在一定差异、粉末固固混合工艺混合均匀度差，反应物料无法有效接触反应导致的靶材内碳残余高、反应不彻底、UC含量较高、孔隙分布不均匀等问题。本专利技术的具体有益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、球磨混合：按设定质量份称取原料粉末，所述原料粉末包括4
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9份UO2粉末、1份石墨粉末、0
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2份PVA粉末，并将称取的原料粉末加入球磨罐中，再向球磨罐中加入PVA水溶液，进行高能球磨混合，得到的混合后粉末物料经真空干燥备用；S2、压制成型：使用液压机对真空干燥后的所述混合后粉末物料进行压制成型，得到煅烧用压坯；S3、高温煅烧：将所述煅烧用压坯进行高温真空煅烧，按指定的升温速率从室温升温至600℃；然后按设定的升温速率从600℃继续升温至1400
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1500℃，并保温16
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32h；再按设定的升温速率从1400
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1500℃继续升温至1700
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1800℃，并保温3
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6h，最后在保温结束后冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，其特征在于，所述PVA水溶液中，PVA的质量百分含量为1％
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10％。3.根据权利要求1所述的一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法，其特征在于，所述PVA水溶液的质量为所述原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：马燮，屈哲昊，尹邦跃，王轩，唐兵，崔保群，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：