СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ТРАНСУРАНОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1997 года по МПК C23C16/18 

Изобретение относится к радиохимии, а именно, к способам изготовления пленочных источников радиоактивного излучения и может быть использовано при получении образцовых гамма-источников (ОСГИ) и образцовых спектрометрических альфа-источников (ОСАИ) на основе изотопов америция.

Известен способ получения покрытий на основе изотопов актинидных элементов, в частности, тория, включающий термическое разложение металлоорганического соединения, в качестве которого используется ацетилацетонат тория, в вакууме на нагретой до 450 500^oC металлической подложке. (ж. Радиохимия, 1987, т.29, N 6 с. 700-703).

Недостаток известного способа заключается в сравнительно невысоком выходе целевого продукта, который составляет приблизительно 30% от начальной массы рабочего испаряемого вещества.

Задача, на решение которой направлен заявленный способ, заключается в обеспечении достаточно высокой степени переработки рабочего вещества в целевой продукт, содержащий изотоп трансурановых элементов (ТУЭ), упрощении способа.

По сравнению с прототипом в заявленном способе обеспечен новый технический результат, состоящий в повышении выхода целевого продукта в составе покрытия на основе изотопов ТУЭ, в частности, изотопов америция.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем термическое разложение металлоорганического соединения на основе трансурановых элементов на нагретой металлической подложке в вакууме, в соответствии с предложенным способом осаждение ведут на нагретую до 350 - 400^oC подложку, расстояние между зеркалом металлоорганического соединения и подложкой поддерживают в диапазоне (15-20) • 10^-3 м, соотношение между начальной массой металлоорганического соединения (кг) к объему испарителя (м³) берут 0,001 0,02, а в качестве металлоорганического соединения используют аддукт гексафторацетилацетоната америция с трибутилфосфатом, в качестве металлической подложки подложку из железа и его сплавов.

Первоначально получают раствор рабочего вещества металлоорганического соединения аддукта гексафторацетилацетоната америция с трибутилфосфатом экстракционным методом с использованием смешанного экстрагента из водной фазы при pH среды 5,5, содержащей америций. В качестве смешанного экстрагента используют раствор гексафторацетилацетона (НГФА) и трибутилфосфата (ТБФ) в циклогексаноне концентрацией 0,05 и 0,035 м соответственно.

Затем рабочее вещество помещают в испаритель. При этом соблюдают соотношения между массой испаряемого вещества (кг) и объемом испарителя (м³) в диапазоне 1• 10^-3 -2• 10^-2. Нижний предел соотношения в рамках условий и режимов предложенного способа выбран из соображений практической целесообразности изготовления источников, наиболее широко используемых на практике. Верхний предел соотношения, как это установлено экспериментально, соответствует условиям наличия повышенного выхода 80%
Затем в реакционной камере создают разряжение порядка 4•10^-4 - 10^-4 Па и устанавливают температурный режим в диапазоне 350 400^oC путем нагрева подложки. Поддержание температуры ниже 350^oC обеспечивает режим медленного роста пленки покрытия, при этом сужается спектр видов формируемых пленок с различными геометрическими параметрами (толщиной, диаметром пятна и т.п.), снижается адгезия, что в конечном итоге негативно отразится на качестве покрытия.

При использовании температуры выше 400^oC становится возможным осаждение продукта на несанкционированных поверхностях, что резко снизит выход целевого продукта.

В качестве материала подложки экспериментально показано предпочтительное использование железа и его сплавов. При этом наблюдается увеличение выхода целевого продукта по сравнению с подложками из алюминия, его сплавов и особенно из меди.

Соблюдение условия поддержания расстояния между зеркалом испаряемого вещества металлоорганического соединения и подложкой в диапазоне (15 20) • 10^-4 м существенно в плане увеличения выхода целевого продукта до 80% что также подтверждается экспериментально. Нижний предел продиктован соображениями обеспечения опережающего нагрева подложки, предшествующего, в рамках заявленного температурного режима, началу испарения рабочего вещества, в результате чего испаряемое рабочее вещество будет преимущественно конденсироваться на более холодных поверхностях. При поддержании расстояния, превышающего 20•10^-4 м, наблюдается неоправданные временные и энергетические затраты.

Таким образом, указанные выше режимы, условия способа и используемый материал обеспечивают повышение выхода целевого продукта в эксперименте на уровне приблизительно 80% что значительно превышает выход целевого продукта в прототипе приблизительно 30%
На чертеже представлена зависимость выхода изотопа Am³⁴³ от температуры подложки.

Кривая 1 доля испарившегося аддукта
кривая 2 зависимость выхода изотопа Am²⁴³ в пленку покрытия от температуры
Промышленная применимость изобретения подтверждена следующими примерами.

Пример 1. Предварительно синтезируют рабочее вещество - металлоорганическое соединение, эту операцию всегда проводят непосредственно перед осаждением из-за возможного радиолиза соединения.

Для этого в кварцевую делительную воронку вносят 1,0 • 10^-3 слабокислого раствора, содержащего 2,5 • 10^-9 кг Am²⁴³, 2• 10^-3 л НГФА + ТБФ в циклогексаноне концентраций 0,05 и 0,035 м соответственно.

Содержимое воронки встряхивают в течение 10 мин. После расслоения фаз водную фазу сливают, а органическую сушат безводным сульфатом натрия (0,5- 1,0) • 10^-3 (кг). Высушенную органическую фазу переносили в испаритель и циклогексанон удаляли мягким нагреванием. Испаритель помещали в вакуумную камеру, которую откачивали до остаточного давления 4•10^-4 10^-4 Па.

В качестве материала подложки опробована сталь Х18Н9Т. Подложку нагревали до 370^oC. Расстояние между зеркалом и подложкой 15 • 10^-3. Соотношение массы (кг) аддукта гексафторацетилацетоната америция с трибутилфосфатом к объему испарителя (м³) 3•10^-3. В результате опытов были получены пленки, содержащие 2•10^-9 кг Am²⁴³, что соответствовало выходу целевого продукта 80% тогда как в способе-прототипе выход тория не превышал 30%
Пример 2. То же, что и пример 1, но отношение массы исходного вещества к объему испарителя равно 0,08. Выход целевого продукта снижен и составляет приблизительно 25%
Пример 3. То же, что и пример 1, но температура подложки 500^oC. При этом наблюдалось разложение рабочего вещества на всех поверхностях, нагретых до температуры, выше его термической устойчивости. Большая часть вещества разлагается в испарителе, вследствие перехода процесса из гетерогенной в гомогенную область, что приводит к уменьшению выхода целевого продукта.

Пример 4. То же, что и пример 1, но расстояние между зеркалом испаряемого вещества и подложкой 30 • 10^-3 м, при этом наблюдалось заметное замедление скорости роста пленки, вызванное низкой скоростью испарения рабочего вещества. Данные условия способа можно признать технологически неприемлемыми.

Таким образом, приведенные примеры свидетельствуют об экспериментальном подтверждении повышения выхода целевого продукта по сравнению с прототипом.

Использование: радиохимия, изготовление тонкопленочных источников радиоактивных излучений. Сущность изобретения: первоначально синтезируют рабочее вещество металлоорганическое соединение - гексафтор ацетилацетонат америция с трибутилфосфатом. Рабочее вещество помещают в испаритель вакуумной камеры. Условия термического разложения: при 350 - 400^oC, вакуум 4•10^-4 - 1• 10^-4 Па, расстояние между подложкой и зеркалом раствора металлоорганического соединения (15-30)•10^-3 м, соотношение начальной массы металлоорганического соединения к объему испарителя (м³) 1•10^-3 - 2•10^-2. 1 ил.

Способ получения покрытий на основе изотопов трансурановых элементов, включающий осаждение металлоорганического соединения на основе трансурановых элементов путем термического разложения в вакууме на нагретую металлическую подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода готового продукта, осаждение ведут на нагретую до 350 400^oС подложку, расстояние между зеркалом металлоорганического соединения и подложкой поддерживают в диапазоне (15 -20)•10^- 3 М, соотношение начальной массы металлоорганического соединения (кг) к объему испарителя (м³) берут 0,001 0,02, а в качестве металлоорганического соединения и металлической подложки используют аддукт гексафторацетилацетоната америция с трибутилфосфатом и подложку из железа и его сплавов соответственно.