СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНЫХ ФИЛЬТРОВ Российский патент 1995 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к изучению движения заряженных частиц и их регистрации и может быть использовано при получении ядерных фильтров, применяемых в качестве высокоэффективных фильтров в электронной промышленности, медицине, пищевой промышленности и т.д. Ядерные фильтры, используемые в данных областях, должны обладать низким сопротивлением течению фильтруемой среды, высокой селективностью фильтрации, низкой сорбцией растворенных веществ, легкостью регенерации, прозрачностью и малым весом.

Известен способ получения видимых треков радиационного повреждения в материалах, регистрирующих треки [1], в котором движение заряженных частиц исследуется путем облучения заряженными частицами пластических пленок и обработки облученной пленки растворителем, воздействующим на материал, расположенный вдоль полученных при облучении в пленке латентных треков для получения видимых треков.

Известны также способы получения ядерных фильтров с использованием ускорителей заряженных частиц [2,3], в которых полимерные пленки облучают заряженными частицами - тяжелыми ионами и подвергают физико-химической обработке, заключающейся в травлении пленки требуемым растворителем и промывке пленки водой для прекращения процесса травления. Однако ядерные фильтры, полученные облучением полимерных пленок потоком ускоренных тяжелых ионов, помимо заданных размеров треков могут иметь отдельные треки, образованные рядом прошедшими ионами пучка ускорителя, которые при травлении по сравнению с треками, имеющими заданные размеры, могут превышать размеры последних в несколько раз, что нарушает однородность отверстий в фильтрах и тем самым существенно снижает качество данных фильтров. Кроме того, поверхностная промывка не полностью удаляет травящий раствор из треков, образуемых в пленке, что также снижает качество фильтров из-за разброса размеров, получаемых в результате процесса остаточного травления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ облучения пленки из диэлектрического материала потоком осколков делящегося вещества [4] , с помощью которого ядерные фильтры получают путем облучения пленки из диэлектрического материала коллимируемым потоком осколков, получаемых при облучении делящегося вещества потоком нейтронов, травления облученной пленки в растворе щелочи, промывки протравленной пленки водой и ее сушки. Для получения требуемых размеров отверстий в пленке все операции проводят в режиме перемещения пленки с требуемой скоростью в травящем растворе с заданными характеристиками. Данный способ позволяет получать фильтры с размерами треков от 5 до 10 . Облучение пленок из диэлектрического материала потоком осколков, образуемых при облучении делящегося вещества потоком нейтронов, позволяет резко повысить качество фильтров путем повышения однородности по размерам отверстий, получаемых в пленке в результате облучения.

Основным недостатком способа-прототипа является высокая остаточная активность фильтров после облучения и физико-химической обработки, а также увеличение диаметра треков оставшимся в треках раствором травителя, так как при промывке раствор травителя из трека полностью не удаляется, что особенно важно при получении ядерных фильтров с малыми диаметрами отверстий.

Цель изобретения - разработка технологии получения ядерных высокоэффективных фильтров, обладающих однородной структурой отверстий требуемых размеров и соответствующих нормам радиационной безопасности НРБ-76/87 и основным санитарным правилам ОСП-72/87.

Заявляемое изобретение при его осуществлении позволяет решить данную задачу путем извлечения с поверхности пленки и треков, образуемых при облучении пленки, остаточной активности, а также разложения травителя, остающегося после травления в треках, и тем самым прекращения процесса остаточного травления в образуемых треках на стадии промывки и сушки, что существенно повышает однородность получаемых отверстий в ядерном фильтре и их соответствие заданным размерам в сочетании с безопасностью их эксплуатации.

Сущность данного изобретения заключается в том, что в способе получения ядерных фильтров, содержащем облучение пленки из пластического материала потоком осколков делящегося материала, травление облученной пленки, промывку и ее сушку, проводимые в режиме перемещения пленки с установленными скоростями, предлагается следующее. Облученную пленку одновременно с промывкой подвергают воздействию постоянным электрическим полем, направленным перпендикулярно поверхности пленки, воздействие производят в два равных по времени периода при противоположных направлениях электрического поля, при этом изменение расстояния между электродами, образующими электрическое поле, устанавливают согласно зависимости
d ≅ · C, где d - расстояние между электродами, м;
U - напряжение разложения химических соединений, содержащих радионуклиды и (или) травителя, В;
v_пл - скорость перемещения пленки, м/с;
С - постоянная, C = . где U_o - подвижность частицы при напряженности поля, равной 1, м²/с˙В;
S - участок пленки, находящийся в электрическом поле, м;
δ - толщина пленки, м.

При одновременном с промывкой воздействии на облученную и протравленную пленку постоянного электрического поля с предложенной его ориентацией относительно поверхности пленки в получаемом слабом электролите обеспечивается процесс диссоциации, в результате которого происходит двухстадийное удаление с поверхности пленки и получаемых треков и пор реагента травителя и радионуклидов, что позволяет получать размеры треков заданной величины с одновременным удалением из треков и пор пленки застрявших там при облучении осколков деления. Степень удаления остаточной активности зависит от величины напряженности поля и размеров треков и пор, в свою очередь, величина напряженности поля определяется требуемой величиной напряжения разложения для травителя, находящегося в треках и порах, и напряжения разложения химических соединений, содержащих осколки деления делящегося вещества. Например, потенциал разложения нормальных растворов NaOH и KOH равен соответственно 1,69 и 1,67 В. Напряжение разложения химических соединений можно задавать, пользуясь таблицей электродных потенциалов или опытными данными. Поэтому напряжение U устанавливают в соответствии с напряжением разложения травителя и напряжением разложения химических соединений, содержащих радионуклиды, а расстояние между электродами, образующими электрическое поле, выбирают исходя из скорости движения пленки, толщины пленки, подвижности частицы и участка пленки, находящегося в электрическом поле, при этом напряжение разложения химических соединений выбирают не менее максимального напряжения разложения травителя и химических соединений, содержащих радионуклиды. Выполнение этих условий позволяет снизить остаточную активность получаемых ядерных фильтров как минимум на 30% по сравнению со способом-прототипом с одновременным повышением однородности структуры получаемых фильтров.

На чертеже изображено устройство, реализующее один из вариантов осуществления предлагаемого способа, где 1 - облученная и протравленная пленка; 2 - токопроводящая лента; 3 - ванна; 4 - электрод; 5 - валик.

Изобретение осуществляется следующим образом. Облученная и протравленная пленка 1 при помощи валиков 5 поступает в ванну 3, где с той же скоростью на трех валиках 5 вращается токопроводящая лента 2, с которой пленка 1 приходит в соприкосновение. Одновременно на электрод 4 и токопроводящую ленту 2 подается постоянное напряжение U, причем на электрод 4 - положительный потенциал и на токопроводящую ленту 2 - отрицательный. Затем пленка 1 поступает во вторую половину ванны 3, где входит в соприкосновение с токопроводящей лентой 2, на которую подан положительный потенциал, а на электрод 4 - отрицательный. Устанавливая d, исходя из зависимости d ≅ · C в этих двух случаях, вначале из пленки убираем реагент травителя и прекращаем дотравление, а затем убираем радионуклиды, т.е. производим дезактивацию пленки. Например, при U = 5 В; U_о = 8˙10^-6 м/с; δ= 8˙10^-6 м; v_пл = 0,1 м/с; S = 0,1 м и ε≈50 (дистиллированной воды и пленки), d будет 0,1 м, что легко выполнимо конструкционно. Изменяя U и d в зависимости от скорости движения пленки, можно из треков и пор пленки, полностью протравленных, убрать реагент травителя и радионуклиды. Активность пленки с размерами треков и пор около 10^-6 м после помещения ее в электрическое поле снижается не менее, чем на 30% от начальной после травления. Скорость движения пленки устанавливается экспериментально, исходя из концентрации, температуры травителя и времени нахождения в нем пленки. От этого зависит диаметр треков, что является характеристикой ядерного фильтра.

Использование: получение ядерных фильтров. Сущность изобретения: заключается в получении ядерных фильтров путем облучения пленки из пластического материала потоком осколков деления делящегося вещества, травлений облученной пленки, промывки протравленной пленки и ее сушки, проводимых в режиме перемещения пленки с установленными скоростями. Одновременно с промывкой облученную пленку подвергают воздействию постоянным электрическим полем, направленным перпендикулярно поверхности пленки, причем воздействие производят в два равных по времени периода при противоположных направлениях электрического поля. Расстояния между электродами, образующими, электрическое поле, устанавливают по заданному соотношению. 1 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНЫХ ФИЛЬТРОВ, включающий облучение пленки из пластического материала потоком осколков делящегося вещества, травление облученной пленки, промывку протравленной пленки и ее сушку, проводимые в режиме перемещения пленки с заданными скоростями, отличающийся тем, что одновременно с промывкой облученную и протравленную пленку подвергают воздействию постоянным электрическим полем, направленным перпендикулярно поверхности пленки, воздействие производят в два равных по времени периода при противоположных направлениях электрического поля, при этом расстояние между электродами, образующими электрическое поле, устанавливают согласно зависимости

где d - расстояние между электродами;
U - напряжение разложения химических соединений, содержащих радионуклиды, и (или) травителя;
v_пл - скорость перемещения пленки;
C - постоянная.