專利名稱:制造密封的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造α粒子輻射體的方法及其裝置，其通過捕獲從天然存在的衰變放射性物質產生的原子可以用作隨機脈沖發生器的α源，其中進行對原子數的控制，以便將這些捕獲的原子設置到一定強度。
背景技術：
用于制造α粒子輻射體的常規方法包括以下步驟將α輻射體夾在蓋部件之間密封起來，以用于煙霧探測器中，將α輻射體與蓋部件一起軋制、拉伸，并當到達預定密度的原子數時，將其切割成預定形狀而完成。已經提出了其它方法(參考例如專利文獻1用于收集氡的方法)，其中，通過用液氮冷卻捕獲的氡氣以將其液化，以在溶液狀態中捕獲用作α輻射體的金屬原子。
專利文獻1早期公開的日本專利申請2002-265206。
發明內容
然而，這些常規方法需要控制α輻射體的密度的步驟，其中將α輻射體夾在金、銀材料之間，然后對其軋制，直到到達特定輻射源強度，這意味著必須使用特殊的裝置。從而具有的缺點為會不可避免地造成成本的增加。
本發明的目的是提供一種制造密封α輻射源的方法及其裝置，其使用已經建立的可靠技術，所述技術容易使用，并且成本低廉。
本發明涉及一種制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，包括以下步驟使用210Pb收集器通過收集氡來收集210Pb-210Po；沉淀所述收集的210Pb-210Po的氫氧化物、并利用聚碳酸酯(PC)過濾器收集所述沉淀；溶解所述210Pb-210Po氫氧化物沉淀，以形成210Pb-210Po放射性薄膜；以及密封所述210Pb-210Po放射性薄膜以進行保護。
具體為，根據本發明的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法包括以下步驟。
在第一步工藝中，采用含有鈾系放射性核素例如鐳的物質作為222Rn源；將從222Rn源產生的222Rn與例如氮氣或干燥空氣的載氣一起通過冷阱以液化222Rn，所述冷阱被冷卻到等于或低于222Rn的沸點(-62℃)的溫度；以及，通過使粘附在所述冷阱的側壁或者殘留在所述冷阱中的210Pb-210Po進入利用用于收集的溶劑(例如硝酸溶液)的溶液中，來收集由所述液化的222Rn的衰變產生的子體核素中的210Pb-210Po，其中所述冷阱的溫度已經返回到室溫。
在第二步工藝中，通過在含有210Pb和作為從210Pb的衰變產生的核素210Po的硝酸、硫酸或鹽酸溶液中添加過量氫氧化銨溶液，而制備氫氧化物沉淀，沉積所述沉淀，然后利用聚碳酸酯(PC)過濾器收集所述氫氧化物沉淀中的210Pb和210Po第三步工藝為溶解工藝，其中使用二氯乙烷和二氯甲烷的優選為1∶1的液體混合物溶解由聚碳酸酯材料制成的過濾器。通過溶解聚碳酸酯將在聚碳酸酯中捕獲的金屬原子帶入溶液。二氯乙烷和二氯甲烷的混合物粘附(接合)在金屬原子周圍，從而通過提取溶液可以提取金屬原子。第三步工藝還包括，通過將該溶液滴下并對其進行風干，而形成厚度為1微米或者更薄的薄膜。
在第四步工藝中，通過在二氯乙烷和二氯甲烷的優選為1∶1的液體混合物中溶解PC過濾器，而密封在上述步驟中形成的210Pb-210Po放射性薄膜；然后將所述液體滴在在上述步驟中形成的膜上，以形成厚度為1微米或者更薄的保護薄膜。
在根據本發明的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法中，通過控制其中溶解金屬原子的溶液的液滴量，可以控制金屬210Pb和210Po的原子量。所述過程的具體順序如下。
1.測量膜濾器的重量；2.測量被膜濾器捕獲的210Pb-210Po的原子數，該測量通過測量捕獲的210Pb-210Po放射出的γ射線而進行，其中，可以計算出在從通過冷肼的氡捕獲的開始到捕獲結束中被過濾器捕獲的氡的原子量(氡是210Pb-210Po的母體核素)；3.測量溶解過濾器的溶液的重量(質量)；4.根據被捕獲的210Pb-210Po的原子數以及溶液的重量，確定溶液中210Pb-210Po的濃度；5.確定所需的α粒子數，計算出對應于該α粒子數的溶液量，使用移液管或者類似物將等量的溶液滴在預定位置上；6.干燥滴下的部分，蒸發出有機溶劑。
本發明還涉及一種210Pb收集器，其通過收集氡來收集210Pb-210Po。所述收集器包括222Rn源，其包括含有鈾系放射性核素例如鐳的物質；除濕阱，用于一起收集例如氮氣或干燥氣體的載氣和由所述222Rn源產生的222Rn氣，并只將純氡氣通入冷阱；以及222Rn收集器阱，其通過將所述222Rn氣冷卻至222Rn的沸點(-62℃)或更低的溫度而液化所述222Rn氣，然后產生210Pb和210Po，其在從所述222Rn的衰變產生的子體核素中具有較長的半衰期。
圖1示出了用于本發明中的利用氡收集的210Pb收集器的一個實例；圖2示出了根據本發明的用于PC過濾器的溶解方法的一個實例；圖3示出了根據本發明的從溶解過濾器到形成薄膜的過程的一個實例；以及圖4示出了根據本發明的對210Pb-210Po薄膜的密封方法的一個實例。
具體實施方式
下面描述第一步工藝。
如圖1所示，將含有鈾系放射性核素例如天然鈾礦石粉末1或者鐳的物質作為222Rn源裝入容器中。鈾礦土壤中余留的鈾礦石粉末、煉鈾過程中產生的土壤中余留的鈾礦石粉末以及鐳源可以用作所述物質。為了將由222Rn源產生的222Rn引入冷阱，使用例如氮氣或者干燥空氣的載氣2和用于抽氣的泵7。首先將來自222Rn源的氣體通入除濕阱(集水阱(watercontent trap))3。所述除濕阱是用于收集伴隨222Rn產生的蒸氣和水分的裝置，以允許只將純氡氣通入冷阱。所述除濕阱具有這樣的作用，其通過使用干冰或者甲醇冷卻到4到-20℃或者更低溫度，使得將222Rn源釋放的濕氣凍結而粘附到壁上以便于去除。盡管圖中沒有示出，可以采用蜂窩狀、細管狀或者網狀的結構，其中可以獲得氣體通道、冷卻劑溫度以及結構材料的傳導性的優化組合。冷阱的工作溫度應設定在零度以下，并高于222Rn的沸點(-62℃)，從而不會捕獲222Rn，這一點是非常重要的。
重要的是，用隔熱材料將除濕阱與222Rn收集器阱5之間的導管盡量保護起來，使得除濕阱3的出氣的溫度在到達222Rn收集器阱的距離中不會升高。這是提高222Rn收集器阱制冷效率的重要因素。從除濕阱出來的氣體進入冷阱，即222Rn收集器阱5。所述冷阱使用液氮6將溫度降至222Rn的沸點(-62℃)或更低溫度。氣體主要包括通過除濕阱除去濕氣的222Rn，在222Rn收集器阱的冷阱中液化所述氣體。可以使用與除濕阱相同的蜂窩狀、細管狀以及網狀的結構，以便實現用于液化的高效冷卻。
考慮到222Rn(3.82天)和210Pb(22.3年)的半衰期(222Rn衰變產生的210Pb的放射量是222Rn的全部放射量的約1/2000)，優選連續進行約12天至1個月的收集周期，但是可以根據所需的210Pb源強度以及222Rn氣體的產生率對其進行調整。
上述液化的222Rn的衰變、以及冷阱中的222Rn溶液中的和壁表面上的氣體的衰變產生了子體核素(218Po，214Pb，214Bi，214Po，210Pb，210Bi，214Po)。這些子體核素也會根據其半衰期進行衰變，從而主要產生半衰期較長的210Pb和210Po。考慮到222Rn的半衰期是3.82天，在低溫下將其中進行固定時間的收集的上述冷阱保持約40天。當消耗完99.9％或更多的222Rn之后，將溫度逐漸變回室溫，其中將極少量余留的氡以氣相釋放，并使用例如硝酸溶液的溶液將粘附在冷阱側壁上的、或者余留的210Pb-210Po溶解。該210Pb-210Po收集工藝的特征在于，將所述溶液與包含在溶液中的210Pb-210Po一起提取出。
可以使用氡或者生成氡的鐳來代替天然鈾礦石。氡可以是含有222Rn的氣體，或者可以是能夠被基底、洞穴、鈾礦床或者類似物捕獲的氣體。氡無需是100％的純氡。此外，還可以是產生222Rn的鐳(226Ra)，或者是從礦物或者含有鐳的巖石中產生的氡。
在氡衰變的過程中產生的釙、鉍和鉛都是鈾系的一部分、并且被不可避免地形成。使每一個產生的原子衰變成為210Pb而不發生分裂，并使所述原子持續1.5到2年，以建立210Pb-210Po的放射平衡，其中，將從210Po釋放出的α粒子的半衰期縮短至22.3年，如同210Pb的半衰期。所述210Pb-210Po用作α輻射體。
接著描述第二步工藝。
通過向含有在上述步驟中制備的210Pb以及從210Pb的衰變產生的核素210Po的硝酸溶液(下文以硝酸溶液作為代表實例)中添加過量氫氧化銨溶液，制備氫氧化物沉淀。為了提取在第一步工藝中捕獲的210Pb-210Po金屬原子，可以通過利用硝酸溶液溶解，來制備含有210Pb以及210Pb衰變產生的210Po核素的硝酸溶液。可選的是，可以采用在醫學上一直用作輻射源的226Ra安瓿(ampule)源，其中用硝酸溶液溶解在安瓿中產生的210Pb-210Po。
一旦形成沉淀，將作為氫氧化物沉淀形式的210Pb-210Po通過聚碳酸酯(PC)膜濾器，以便捕獲過濾器中的沉淀。將充分沉淀的氫氧化物與溶液一起倒入設置有PC過濾器的容器中，其中通過在過濾器出口側抽氣，而將氫氧化物從溶液中分離出。
所述聚碳酸酯過濾器采用表面收集型0.1μm的Nuclepore聚碳酸酯過濾器。通過在上表面安裝過濾器單元而使用所述過濾器，所述過濾器單元由Nalgen Nunc International等制造(硝化纖維過濾器，其有效過濾表面直徑為45mm、孔徑為0.2μm)。
接著介紹第三步工藝。
第三步工藝是一種溶解方法，其使用二氯乙烷和二氯甲烷的優選為1∶1的液體混合物溶解由聚碳酸酯材料制成的過濾器。
通過二氯乙烷和二氯甲烷的優選為1∶1的液體混合物9溶解PC過濾器8，所述PC過濾器8捕獲作為氫氧化物沉淀的210Pb和210Po。通過溶解聚碳酸酯將在氫氧化物中捕獲的金屬原子帶入溶液。通過二氯乙烷和二氯甲烷的混合物粘附(接合)在金屬原子周圍來提取溶液，可以提取金屬原子。對PC過濾器的溶解如圖2所示。
其中溶解有捕獲氫氧化物的PC過濾器的溶液10包含210Pb-210Po，使用吸液管11或者類似物吸取溶液10，并滴至鋁板上或者檢測器蓋的內側，并進行風干以形成厚度為1微米或者更薄的薄膜。該過程如圖3所示。
接著描述第四步工藝。
第四步工藝包括，密封放射性薄膜以保護所述薄膜，其中首先在二氯乙烷和二氯甲烷的優選為1∶1的混合溶劑12中溶解新的PC過濾器。然后將其充分干燥以用于密封，直至可以在涂層13上觀察到干涉條紋環。一旦確定干燥，將溶液滴至在上述步驟中形成的210Pb-210Po薄膜14上，并同時充分干燥，以形成厚度為1微米或者更薄的薄膜。該方法的具體過程如圖4所示。
在根據本發明的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法中，通過控制溶解金屬原子的溶液的滴數，可以控制210Pb和210Po的金屬原子量。過程的具體順序如下1.測量膜濾器的重量；2.測量被膜濾器捕獲的210Pb-210Po的原子數，該測量通過測量捕獲的210Pb-210Po放射出的γ射線而進行；3.測量溶解過濾器的溶液的重量(質量)；4.根據被捕獲的210Pb-210Po的原子數以及溶液的重量，確定溶液中210Pb-210Po的濃度；5.確定所需的α粒子數，計算出對應于該α粒子數的溶液量，使用移液管或者類似物將等量的溶液滴在預定位置上；6.干燥滴下的部分，蒸發出有機溶劑。
在不偏離本發明基本特征的情況下，可以將本發明實施到多個方案中。因此，上述實施例只是對本發明的說明，而不是為了限制本發明。
優點本發明提供了一種用于制造密封α輻射源的方法及其裝置，其使用已經建立的可靠的技術，所述技術容易使用，并且成本低廉。從而可以顯著地控制成本的增加。
權利要求
1.一種制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，包括以下步驟使用210Pb收集器通過收集氡來收集210Pb-210Po；沉淀所述收集的210Pb-210Po的氫氧化物、并利用聚碳酸酯(PC)過濾器收集所述沉淀；溶解所述210Pb-210Po氫氧化物沉淀，以形成210Pb-210Po放射性薄膜；以及密封所述210Pb-210Po放射性薄膜以進行保護。
2.根據權利要求
1的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，其中所述使用210Pb收集器通過收集氡氣來收集210Pb-210Po的步驟是210Pb-210Po收集工藝，其特征在于采用含有鈾系放射性核素的物質作為222Rn源；將從所述222Rn源產生的222Rn與載氣一起通過冷阱以液化所述222Rn，所述冷阱被冷卻到等于或低于222Rn的沸點(-62℃)的溫度；以及，通過使粘附在所述冷阱的側壁上的或者余留在所述冷阱中的210Pb-210Po進入利用用于收集的溶劑的溶液中，來收集由所述液化的222Rn的衰變產生的子體核素中的210Pb-210Po，其中所述冷阱的溫度已經返回到室溫。
3.根據權利要求
2的制造方法，其中從天然鈾礦石粉末和鐳源中選擇所述222Rn源。
4.根據權利要求
2的制造方法，其中從氮氣和干燥空氣中選擇所述載氣。
5.根據權利要求
2的制造方法，其中從硝酸、硫酸和鹽酸溶液中選擇所述用于溶解210Pb-210Po的溶劑。
6.根據權利要求
1的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，其中所述沉淀所述收集的210Pb-210Po的氫氧化物、并通過聚碳酸酯(PC)過濾器收集所述沉淀的步驟包括通過在含有210Pb和作為從210Pb的衰變產生的核素210Po的硝酸、硫酸或鹽酸溶液中添加過量氫氧化銨溶液，而制備所述氫氧化物沉淀，沉積所述沉淀，然后利用所述PC過濾器收集所述氫氧化物沉淀中的210Pb和210Po。
7.根據權利要求
1的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，其中所述溶解所述210Pb-210Po氫氧化物沉淀以形成210Pb-210Po放射性薄膜的步驟包括將已經收集作為氫氧化物沉淀的210Pb和210Po的所述PC過濾器溶于二氯乙烷和二氯甲烷的混合溶劑中，以及，將所獲得的溶液滴下，以通過對所述溶液的自然蒸發而形成厚度為1微米或者更薄的薄膜。
8.根據權利要求
7的制造方法，其中所述二氯乙烷和二氯甲烷的混合比是1∶1。
9.根據權利要求
1的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，其中所述密封所述210Pb-210Po放射性薄膜以進行保護的步驟包括將單獨的PC過濾器溶于二氯乙烷和二氯甲烷的混合溶劑中，以及，將所獲得的溶液滴在根據權利要求
7的工藝制備的薄膜上，以形成厚度為1微米或者更薄的薄膜。
10.根據權利要求
9的制造方法，其中所述二氯乙烷和二氯甲烷的混合比是1∶1。
11.根據權利要求
7至10中任一權利要求
的制造密封210Pb-210Poα源(α粒子輻射體)的方法，其特征在于，通過控制用于滴下的所吸取的所述溶液的量來控制210Pb-210Po原子的含量。
12.一種通過收集氡來收集210Pb-210Po的210Pb收集器，包括222Rn源，其包括含有鈾系放射性核素的物質；除濕阱，用于一起收集載氣和由所述222Rn源產生的222Rn氣，并只將純氡氣通入冷阱；以及222Rn收集器阱，其通過將所述222Rn氣冷卻至222Rn的沸點(-62℃)或更低的溫度而液化所述222Rn氣，然后產生210Pb和210Po，其在從所述222Rn的衰變產生的子體核素中具有較長的半衰期。
13.根據權利要求
12的收集器，其中所述222Rn源從天然鈾礦石粉末和鐳源中選出。
14.根據權利要求
12的收集器，其中所述載氣從氮氣和干燥空氣中選出。
專利摘要
一種制造密封
文檔編號G21G4/04GKCN1826663SQ200480017060
公開日2006年8月30日 申請日期2004年6月9日
發明者三頭啟明, 露崎典平 申請人:三頭啟明, 露崎典平導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan