Способ и устройство изготовления ядерных фильтров

 

Изобретение относится к получению ядерных фильтров. Способ заключается в облучении полимерной ленты тяжелыми заряженными частицами с последующим облучением ультрафиолетом и травлением. При этом полимерная лента движется перпендикулярно пучку заряженных частиц с синхронизацией скорости движения ленты с плотностью потока заряженных частиц. Устройство содержит узел облучения, лентопротяжный механизм, включающий прижимные ролики, ведущий вал, два валика, между которыми натянута полимерная лента, и привод лентопротяжного механизма, а также узел синхронизации скорости движения полимерной ленты с плотностью потока заряженных частиц, содержащий коллектор тока заряженных частиц, усилитель тока ионов и блок задания скорости движения лентопротяжного механизма. Предложенное изобретение позволяет изготовлять ядерные фильтры с равномерным распределением пор цилиндрической формы по площади облучаемого полимерного материала, а также повысить их качество. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано при изготовлении ядерных фильтров.

Известен способ изготовления ядерных фильтров, включающий облучение полимерных материалов тяжелыми заряженными частицами - осколками деления ядер урана, кюрия, калифорния или ускоренными ионами ксенона (ОИЯС, Б1-14-8214, Дубна, 1974).

Недостатком известного способа является образование при облучении большого количества радиационных повреждений в облучаемом материале.

Известен способ изготовления трековых мембран, включающий облучение исходного материала ионами вольфрама с применением их предварительной перезарядки (№2047285,1995).

Недостатком известного способа является сложность изготовления трековых мембран и неравномерное распределение пор по площади облучаемого материала.

Известно устройство для облучения пленок тяжелыми ионами, которое содержит вакуумную камеру, разделенную вакуумной перегородкой на два объема, один из которых включает в себя узел облучения, а другой - лентопротяжный механизм с подающей и приемной бобинами, каждый из объектов имеет отдельный форвакуумный и турбомолекулярный насосы (№2169038, 2001).

Недостатком известного устройства является неравномерность распределения пор по площади облучаемого материала.

Наиболее близким способом изготовления ядерных фильтров является способ, включающий облучение движущейся полимерной ленты тяжелыми заряженными частицами, последующее облучение ультрафиолетом и травление (см. Патент RU 2077938, опубл. 27.04.1997, на 6 стр.).

Наиболее близким устройством является устройство для облучения полимерных пленок на ускорителях тяжелых ионов, включающее вакуумную камеру, узел облучения, лентопротяжный механизм, включающий подающую и приемную бобины, прижимные ролики, два валика, причем угол между осями пучков тяжелых заряженных частиц и осями валиков лежит в интервале от 84° до 89°. Лента между валиками проходит через систему роликов, в результате на второй валик лента приходит повернутая другой стороной. Зона облучения полимерной ленты расположена на каждом из валиков, что позволяет облучать ленту с обеих сторон (№2150991, 2000).

Недостатком известного устройства является невысокая равномерность пор по поверхности пленки, обусловленная нестабильностью плотности ионного пучка.

Равномерное распределение по площади облучаемой пленки пучка ионов, с помощью которого изготавливаются ядерные фильтры, необходимо потому, что при этом отсутствуют случаи, когда ионы проходят сквозь пленку на малых расстояниях друг от друга, и при последующей химической обработке пленки отдельные каналы сливаются с соседними, и возникает дисперсия размеров и формы пор. При неравномерном распределении пор существенно понижается качество ядерных фильтров.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке технологического способа изготовления ядерных фильтров с равномерным распределением пор цилиндрической формы по площади облучаемых полимерных материалов, повышении качества ядерных фильтров.

Для решения этой задачи в способе изготовления ядерных фильтров, как и в прототипе, облучают полимерный материал тяжелыми заряженными частицами, затем облучают ультрафиолетом и производят травление. В отличие от прототипа поверхность полимерного материала располагают перпендикулярно падающему пучку тяжелых заряженных частиц и устанавливают корреляцию скорости движения полимерного материала с плотностью потока заряженных частиц.

Поставленная задача решается также тем, что устройство, как и прототип, содержит узел облучения, лентопротяжный механизм, включающий ведущий вал, прижимные ролики, два валика, и привод лентопротяжного механизма. В отличие от прототипа полимерная лента в зоне обработки натянута непосредственно между валиками перпендикулярно оси узла облучения, а также дополнительно введено устройство синхронизации скорости движения пленки с интенсивностью пучка заряженных частиц.

Устройство синхронизации содержит коллектор тока заряженных частиц, прошедших через пленку, соединенный через усилитель тока заряженных частиц с блоком задания скорости движения лентопротяжного механизма, выход которого подключен к приводу лентопротяжного механизма.

В процессе облучения под действием ионов в определенных областях ленты создаются нарушенные области, которые при последующей физико-химической обработке (облучение ультрафиолетом и травление в растворе NaOH) позволяют получить поры цилиндрической формы. При этом важнейшим требованием является достижение равномерного распределения пор по всей площади облучаемой ленты. Для выполнения указанного требования облучаемая полимерная лента движется перпендикулярно пучку заряженных частиц с синхронизацией скорости движения ленты с плотностью потока заряженных частиц, что обеспечивает повышение равномерности распределения пор по поверхности.

Принципиальная схема синхронизации скорости движения пленки с интенсивностью пучка заряженных частиц приведена на чертеже.

Устройство содержит узел 1 облучения тяжелыми заряженными частицами, лентопротяжный механизм, включающий прижимные ролики 2, ведущий вал 3, два валика 4, расположенные на расстоянии друг от друга, это расстояние должно превышать апертуру пучка заряженных частиц, а их оси лежат в плоскости, перпендикулярной оси пучка тяжелых заряженных частиц, что позволяет расположить обрабатываемую полимерную ленту 5 перпендикулярно пучку, между валиками 4 за полимерной лентой 5 находится коллектор 6 тока заряженных частиц. Кроме того, для изменения скорости лентопротяжного механизма устройство содержит ведущий двигатель 7, усилитель тока 8 заряженных частиц, блок 9 задания скорости движения и привод 10 лентопротяжного механизма.

Заявляемый способ изготовления ядерных фильтров реализуется следующим образом. Вал приводится в движение с помощью электрического двигателя 7, соединенного с приводом лентопротяжного механизма 10. Полимерная лента 5 прижимается роликами 2 к ведущему валу 3 и по валикам 4 протягивается через зону облучения. Пучок заряженных частиц от узла облучения 1 проходит через облучаемую ленту 5 и концентрируется на коллекторе 6 тока заряженных частиц. На коллекторе 6 ток пучка заряженных частиц измеряется, суммируется и поступает на усилитель 8 заряженных частиц, усиливается до величины, необходимой для работы лентопротяжного механизма, и поступает на блок 9 задания скорости движения лентопротяжного механизма, соединенного с приводом 10. Необходимое соотношение между током и скоростью движения ленты соблюдается при достижении определенного выходного напряжения при заданном токе нагрузки. Скорость движения ленты 5 определяется величиной сигнала усилителя 8, при этом она пропорциональна интенсивности падающего на ленту пучка заряженных частиц. Изменение скорости движения полимерной ленты позволяет получить необходимое количество пор при минимальном потоке заряженных частиц.

Количество пор n в облучаемой полимерной ленте определяется из следующего соотношения:

где I_n - плотность потока заряженных частиц, мкА;

S - ширина сканирования пучка заряженных частиц, см;

ν - скорость протяжки полимерной ленты, см/с;

Z - заряд бомбардирующей частицы.

Как видно из приведенной формулы, количество пор в полимерной ленте прямо пропорционально плотности потока заряженных частиц и обратно пропорционально скорости протяжки ленты.

Устройство позволяет в течение длительного времени при протяжке полимерной ленты получать равномерное распределение количества пор по площади облучаемой ленты.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. На циклотроне Р7-М (У-120) производят облучение 8-зарядными ионами аргона с энергией 1,0-1,1 МэВ/нуклон ленту полиэтилентерефталата (лавсана) толщиной 10 мкм, шириной 320 мм. Пучок ионов аргона сканируют по ширине ленты. Апертура пучка в данном случае составляет 75-80 мм, расстояние между осями валиков равно 180 мм. В процессе облучения лента движется перпендикулярно пучку бомбардирующих ионов, скорость движения ленты коррелирует с плотностью потока ионов. Коллектор пучка ионов состоит из пяти медных пластинок, закрепленных на диэлектрической подложке. Медные пластинки также изолированы друг от друга. Ток, создаваемый пучком заряженных частиц, измеряется, суммируется и поступает на вход усилителя. Усилитель тока ионов состоит из входного и выходного каскадов. Входной каскад имеет большое входное сопротивление. Выходной каскад высоковольтный. Связь между каскадами осуществляется через RC-цепь и многооборотный переменный резистор ППМЛ-10. RC-цепь имеет постоянную времени 3 с и определяет частотную характеристику усилителя. Переменный резистор позволяет установить необходимое соотношение между током и скоростью движения ленты. Высоковольтный выходной каскад позволяет получить выходное напряжение 25 В при токе нагрузки 20 мА. Диапазон измеряемых токов 0-100 мА имеет 4 поддиапазона: 0-10 мА; 0-25 мА; 0-50 мА; 0-100 мА. Это позволяет изменять скорость движения ленты в процессе облучения: максимальная скорость движения ленты составляет 15 м/мин, минимальная -1,5 м/мин.

После облучения ионами аргона проводят дополнительное облучение ультрафиолетовым светом в течение 4 ч. После облучения ультрафиолетом ленту протравливают в 20%-ном растворе NaOH при температуре 50±1°С. Неравномерность в распределении полученных пор по площади пленки составляет 3-5%. При получении пор по известному способу неравномерность в распределении пор по площади ленты составляет 45-50%.

Предложенный способ изготовления ядерных фильтров обладает рядом преимуществ, которые выражаются в том, что полученные ядерные фильтры имеют одинаковые по размерам цилиндрические поры, малую толщину, высокую прозрачность и прочность. Они позволяют создавать изделия высокого качества, применяемые для очистки питьевой воды от взвесей микробов, плазмофореза крови, осветления и микробиологической стабилизации лекарственных препаратов, тонкой очистки воздуха и газов от аэрозолей и микробов, при микробиологическом анализе проб воды и в других областях науки и техники.

Формула изобретения

1. Способ изготовления ядерных фильтров, включающий облучение движущейся полимерной ленты тяжелыми заряженными частицами, последующее облучение ультрафиолетом и травление, отличающийся тем, что поверхность полимерной ленты в зоне облучения располагают перпендикулярно пучку тяжелых заряженных частиц и устанавливают корреляцию скорости движения полимерной ленты с плотностью потока заряженных частиц.

2. Устройство изготовления ядерных фильтров, содержащее узел облучения, лентопротяжный механизм, включающий прижимные ролики, ведущий вал, два валика, и привод лентопротяжного механизма, отличающееся тем, что полимерная лента в зоне обработки натянута непосредственно между валиками перпендикулярно оси узла облучения, при этом дополнительно введен узел синхронизации скорости движения пленки с интенсивностью пучка заряженных частиц, содержащий коллектор тока заряженных частиц, прошедших через пленку, соединенный через усилитель тока заряженных частиц с блоком задания скорости движения лентопротяжного механизма, выход которого подключен к приводу лентопротяжного механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1