利用小型粒子加速器生产核孔膜制造技术

本发明专利技术公开了利用小型加速器生产核孔膜的技术。它属于核术技领域。利用反应堆生产核孔膜，铀裂变碎片的质量数及能量的分散性较大，核孔膜孔径大小不匀，甚至有盲孔。而利用重离子加速器加速质量数相当于铀裂变碎片的离子辐照电介质薄膜。其质量数、能量单一，准直性好。穿透薄膜的厚度大。然而这样的粒子加速器造价昂贵，运行成本很高。国际上仅有屈指可数的几台，这些对核孔膜生产都有一定的制约。利用小型加速器生产核孔膜，不仅具有离子单一，能量分散性小，束流的准直性好等优点，且小型加速器建造价格较低，运行成本小，本发明专利技术主要叙述利用低能小型粒子加速器生产系列化核孔膜的技术。

【技术实现步骤摘要】

利用小型粒子加速器生产核孔膜属于核技术应用领域，其产品属于膜

技术介绍
核孔膜又称为核径迹蚀刻膜或简称为核径迹膜，早在60年代是由美国利用反应堆中的中子轰击铀靶产生的裂变碎片辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜产生。但铀裂变碎片的质量数及能量的分散性较大，如果工艺上考虑不周，所产生的核孔膜有可能孔径大小不匀，甚至是盲孔(不通的孔)，这正像目前国内有些单位利用核反应堆生产的核孔膜一样。随后前苏联、德国、法国等国家相继利用重离子加速器加速质量数相当于铀裂变碎片的 离子辐照电介质薄膜生产。80年代我国组织了国家科技攻关，84年中科院上海原子核研究所毕明光、徐桂凤提出了利用小型加速器研制核孔膜的课题。同年德国的一篇物理评论认为利用小型粒子粒子加速器生产核孔膜是发展方向。93年后该所某领导自己组织研制，经几年努力，最终不了了之。90年代原子能科学研究院改利用核反应堆为利用2X13MeV串列加速器研制核孔膜，但由于工艺技术上的一些问题，目前未能系列化生产核孔膜。清华大学原一直利用反应堆生产核孔膜，但由于工艺技术问题，未系列化生产核孔膜，最近他们和中科院近代物理研究所合作，利用近物所的重离子粒子加速器建造了一条辐照装置，正在研发，但能提供辐照的时间十分钟有限。辐照的成本也很昂贵。2005年毕明光发现我国核孔膜的发展并不理想，退休多年后又复出，组建了上海豪夏核孔膜科技有限公司。并得到了上海市科委及国家科委的支持，研制成功了具有电子发射功能的核孔膜。并使利用小型粒子加速器生产核孔膜的技术更为成熟，生产从纳米孔径至微米级孔径的系列化核孔膜，其产品也走向了国际。综上所述，利用反应堆中的中子轰击铀靶产生的裂变碎片辐照电介质薄膜产生。由于铀裂变碎片的质量数及能量的分散性较大，所产生的核孔膜有可能孔径大小不匀，甚至是盲孔(不通的孔)。而利用重离子加速器加速质量数相当于铀裂变碎片的离子辐照电介质薄膜生产。其质量数是单一的，能量的分散性也好，且方向上准直性也好。重离子穿透电介质薄膜的厚度大，……这些优点使国际上一些发达国家如前苏联、德国、法国等都相继采用这一方法。然而要加速质量数相当于铀裂变碎片的离子的加速器造价十分昂贵，目前国际上仅有屈指可数的几台，不大可能有较多的时间用于核孔膜的生产。且这样的一台加速器其运行成本很高，少说每小时也要几千元。这些对核孔膜生产都有一定的制约。利用小型加速器生产核孔膜，不仅具有离子单一，能量分散性小，束流的准直性好等优点，且小型加速器建造价格较低，国内外现有的小型加速器相对较多，同时小型加速器的运行成本较低，有利于降低核孔膜的生产成本。所以说利用小型粒子加速器生产核孔膜是发展的方向。
技术实现思路
核孔膜的生产工艺过程主要包括高能粒子辐照如聚碳酸酯，聚酯等电介质薄膜、增敏、化学蚀刻、清洗、烘干等，本专利技术的特征是利用低能、小型粒子加速器系列化生产核孔膜，具体说，它不是利用核反应堆中子轰击铀产生的裂变碎片来辐照如聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜。也不是利用重离子加速器加速如溴、碘、氪、氙等相当于铀裂变碎片那样的重离子，来辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜来生产核孔膜，而是利用能量较低的小型粒子加速器加速氧、氖、硅、氯、氩等质量数小于60的离子，辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜生产系列化核孔膜，这种能量较低的小型粒子加速器，包括2X6MV的串列加速器以及能量常数小于70MeV的可变能量回旋加速器。辐照时对离子质量数及离子电荷态的选择根据所生产的核孔膜的要求进行优化。优化的基本原则是1，所选的离子其能量足以穿透电介质薄膜.一般来说每个核子的能量为IMeV时，可穿透10微米厚的薄膜。 2，所选离子的质量数尽可能大，但穿透电介质薄膜所需离子的电荷态相应也要加大，电荷态的增加，将为减小离子束流强度。3，要求所选离子具有一定的束流强度，确保其经济性，4，核孔膜产品的一般特点是大孔径核孔膜膜其厚度较厚，孔密度较小，同时对孔的锥度的要求不高，也就是说，对核径迹蚀刻灵敏度的要求不高。而小孔径核孔膜的厚度较薄，密度较密，而对孔锥度也就是说对核径迹蚀刻灵敏度的要求较高。因此根据不同规格的膜，选择合适的离子来辐照电介质薄膜，可获得系列的核孔膜产品。离子束辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜的辐照装置主要包括束流导向、聚焦透镜、束流扫描、束流传输真空管道、辐照靶室、束流测量、薄膜导向、薄膜卷绕等装置。本专利技术的技术特征是束流经扫描通过真空管道后直接辐照电介质薄膜，在真空管道与辐照靶室之间没有隔离窗薄膜，避免了束流通过隔离窗薄膜时的能量损失。如果利用低能小型加速器，再在束流管道和靶室之间装真空隔离薄膜，其离子能量损失较大，难以生产核孔膜。辐照时，需要粒子加速器的束流稳定，同时薄膜的线速度必须不变，本专利技术的技术特征是薄膜卷绕时，利用橡胶棍和薄膜之间的摩擦力使卷膜筒转动，保持橡胶棍的转速，就能保证卷膜时薄膜的线速度不变。核孔膜的孔密度是根据离子的束流强度，控制橡胶棍的转速η获得η = 6 X IO9 X I X 60/Z/L/H/N/K式中 η 橡胶棍的转速转/分I 离子束束流强度纳安Z 离子的电荷数L 橡胶棍的周长厘米H 薄膜辐照宽度厘米N 核孔膜的孔密度个/厘米2K 测量靶测量束流时，因二次电子发射的修正系数利用小型加速器生产核孔膜，由于辐照的离子质量数较小，核径迹蚀刻灵敏度较低，一般在30以下，这样的核径迹蚀刻灵敏度产生的微孔锥度较大，难以制造小孔径的核孔膜。而用相当于铀裂变碎片的重离子辐照薄膜所产生的核径迹的核径迹蚀刻灵敏度一般都在100左右，经30分钟紫外增敏其核径迹蚀刻灵敏度可达成千上万。所以提高核径迹蚀刻灵敏度是利用小型加速器生产核孔膜的关键。本专利技术的技术特征是上述经离子辐照的薄膜在氧气中或在富氧条件下用紫外光增敏，或者在空气中增加紫外光增敏的时间，对于生产小孔径的核孔膜来说一般增敏2-3小时，聚碳酸酯膜径迹蚀刻灵敏度可达1000以上，这就达到了生产纳米孔径核孔膜生产的基本要求。对于聚酯薄膜来说，其径迹蚀刻灵敏度可达100以上，这就达到了生产孔径O. 2微米核孔膜的要求。上述经增敏的薄膜，再经化学蚀刻，在蚀刻过程中，微孔中的蚀刻产物层将会影响进一步的蚀刻。本专利技术的技术特征是蚀刻装置装有超声波发生器，利用超声波消除或减小蚀刻产物层对进一步蚀刻的影响。孔径的控制是保证核孔膜质量的关键，对于大孔径的核孔膜，蚀刻时间长，也可用光学显微镜及时监控，但小孔径核孔膜蚀刻时间短，光学显微镜已不能测量，而电镜又难以及时监控，因此需要工艺上保证蚀刻的孔径。要工艺保证蚀刻后的孔径，关键是同样蚀刻条件下薄膜本体蚀刻率Vb和径迹蚀刻率Vt的测定。由此决定蚀刻时间T ；T = KD/2Vb+L/2Vt式中·D 为核孔膜的名义孔径K 为考虑孔径负公差的修正系数,取O. 8-1之间L 为薄膜厚度Vb 在同样蚀刻条件下,薄膜本体蚀刻率Vt 在同样蚀刻条件下，沿径迹蚀刻率附图说明图I为核孔膜的生产工艺过程框图。其中辐照利用核反应堆生产的方法是利用核反应堆热中子轰击铀靶，再用所产生的铀裂变碎片辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜。美国于上世纪70年代商品化，其缺点是铀裂变碎片的质量数、能量分散较大准直性差。所产生的核孔膜孔径的分散性差，如果工艺上考虑不周，甚至有盲孔。利本文档来自技高网...

【技术保护点】
核孔膜生产工艺过程主要包括高能粒子辐照如聚碳酸酯，聚酯等电介质薄膜、增敏、化学蚀刻、清洗、烘干等，本专利技术的特征是利用低能、小型粒子加速器系列化生产核孔膜，具体说，它不是利用核反应堆中子轰击铀产生的裂变碎片来辐照如聚碳酸酯，聚酯等电介质薄膜。也不是利用重离子加速器加速如溴、碘、氪、氙等相当于铀裂变碎片那样的重离子，辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜来生产核孔膜，而是利用能量较低的小型粒子加速器加速如氧、氖、硅、氯、氩等质量数小于60的离子，辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜系列化生产核孔膜，这种能量较低的小型粒子加速器，包括2×6MV的串列粒子加速器以及能量常数小于70MeV的可变能量回旋加速器。

【技术特征摘要】
1.核孔膜生产工艺过程主要包括高能粒子辐照如聚碳酸酯，聚酯等电介质薄膜、增敏、化学蚀刻、清洗、烘干等，本发明的特征是利用低能、小型粒子加速器系列化生产核孔膜，具体说，它不是利用核反应堆中子轰击铀产生的裂变碎片来辐照如聚碳酸酯，聚酯等电介质薄膜。也不是利用重离子加速器加速如溴、碘、氪、氙等相当于铀裂变碎片那样的重离子，辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜来生产核孔膜，而是利用能量较低的小型粒子加速器加速如氧、氖、硅、氯、氩等质量数小于60的离子，辐照聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜系列化生产核孔膜，这种能量较低的小型粒子加速器，包括2X6MV的串列粒子加速器以及能量常数小于70MeV的可变能量回旋加速器。2.离子束辐照如聚碳酸酯、聚酯等电介质薄膜的辐括照装置主要包束流导向、聚焦透镜、束流扫描、束流传输真空管道、辐照靶室、束流测量、薄膜导向、薄膜卷绕等装置。本发明的技术特征是束流经扫描通过真空管道后...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕明光，殷伟军，殷小淞，
申请(专利权)人：毕明光，
类型：发明
国别省市：