本實(shí)用新型屬于放射性靶件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電沉積法制備UO2靶件的裝置。
背景技術(shù)：
LEU(低濃鈾)生產(chǎn)裂變Mo技術(shù)中，制靶是首要的工作。靶件形式根據(jù)組成不同，可分為電沉積UO2靶件、U-Al合金和U-Al彌散體靶件等；根據(jù)形狀不同，可分為管狀、棒狀和片狀靶件等。根據(jù)化學(xué)處理工藝分為以酸溶解靶件和以堿溶解靶件為基礎(chǔ)的99Mo分離、純化工藝。
電沉積UO2靶件因靶物質(zhì)為金屬氧化物，易溶于酸，僅僅溶解UO2、99Mo分離時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)在目前廣泛使用。電沉積UO2靶件是在一個(gè)密封的圓柱形不銹鋼容器的內(nèi)表面薄薄地鍍上一層鈾，鍍層牢固而均勻，且和具有良好導(dǎo)熱性能的不銹鋼管壁緊密結(jié)合，同外部的反應(yīng)堆冷卻水系統(tǒng)相鄰。根據(jù)熱工計(jì)算，芯體散熱與芯體同包殼之間的間隙有關(guān)，間隙越小傳熱效率越高。用電沉積法制備的鈾靶采用包殼和芯體密合一體的結(jié)構(gòu)，有利于靶件散熱，從傳熱角度看，熱工性能好，因而降低了輻照時(shí)靶件的溫度，增加了輻照安全性。在靶件輻照后處理階段，電沉積法制備的鈾靶由于其鍍層薄，如果選擇合適濃度的溶劑就可以使裂變產(chǎn)物很容易地被溶解下來(lái)，而不影響到不銹鋼基體本身。
目前制備電沉積UO2靶件的方法分為在熔鹽中電沉積金屬鈾和在水中電沉積氧化鈾兩種，其中在熔鹽中電沉積金屬鈾主要用于LEU的電沉積，設(shè)備昂貴，操作條件目前還處于可行性研究階段。相比之下，在水溶液中電沉積氧化鈾方法較簡(jiǎn)便，工藝也較成熟。
水溶液中電沉積法制備的UO2靶件的原理為：在水溶液中，鈾離子的氧化還原電位在氫之后，因此陰極的反應(yīng)是2H++2e→H2↑。鈾離子的電沉積并不是以金屬鈾形式直接沉積在陰極上，而是以復(fù)雜的化合物形式沉積在陰極上，此過(guò)程的發(fā)生需在一定的pH范圍內(nèi)。在電沉積過(guò)程中，陰極會(huì)大量析氫，產(chǎn)生并積累大量OH-，溶液中的U離子與OH-結(jié)合，形成氫氧化物，并最終以氧化物形式沉積在陰極上。由于靶件為金屬氧化物，易溶于酸，溶解時(shí)間大約只有幾分鐘，可縮短處理時(shí)間。靶筒材料通常選擇不銹鋼管，由于所用不銹鋼管的內(nèi)部容積有限，由于陰極大量析氫，內(nèi)部的電沉積液在電化學(xué)反應(yīng)一段時(shí)間后，溶液pH值以及成分組成發(fā)生較大變化，相應(yīng)的電沉積條件發(fā)生改變，造成后續(xù)的UO2沉積失敗。如果需要電沉積大量的UO2，需要頻繁的更換電沉積液，勞動(dòng)生產(chǎn)率極低，并且容易造成靶件損壞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(一)實(shí)用新型目的
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種能夠使UO2電沉積過(guò)程中電沉積條件穩(wěn)定、電沉積效率高、電鍍效果好的電沉積裝置。
(二)技術(shù)方案
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下：
一種適用于電沉積法制備UO2靶件的裝置，該裝置包括水浴槽、不銹鋼管、蠕動(dòng)泵、高位槽、鉑電極，其中不銹鋼管位于水浴槽的底部；
所述不銹鋼管的上端和下端分別設(shè)置有一個(gè)用于密封的上橡膠塞和下橡膠塞；其中上橡膠塞上設(shè)置有第一電沉積液出口及電極入口，鉑電極從該電極入口伸入至不銹鋼管底部；下橡膠塞上設(shè)置有第一電沉積液入口；
所述高位槽內(nèi)部盛裝待鍍的電沉積溶液；其中高位槽的底端高度高于水浴槽的頂端，高位槽底端設(shè)置有第二電沉積液出口，待鍍電沉積液在重力作用下從第二電沉積液出口通過(guò)管線與下橡膠塞上設(shè)置的第一電沉積液入口連接，待鍍電沉積液從該入口進(jìn)入不銹鋼管內(nèi)；
所述第一電沉積液出口通過(guò)管線與蠕動(dòng)泵連接，將已鍍電沉積液從不銹鋼管中泵出；
所述電源的陽(yáng)極和陰極分別與鉑電極和不銹鋼管外壁連接；
優(yōu)選地，所述高位槽內(nèi)盛裝的待鍍電沉積液為UO2(NO3)2-(NH4)2C2O4·H2O水溶液體系。
優(yōu)選地，所述高位槽固定于一個(gè)可調(diào)高度的平臺(tái)上。
優(yōu)選地，所述不銹鋼管的壁厚為1～1.5mm，內(nèi)徑為3cm。
優(yōu)選地，所述高位槽的材質(zhì)為不銹鋼。
優(yōu)選地，所述蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速為15～30rpm。
(三)有益效果
本實(shí)用新型提供了一種適用于電沉積法制備UO2靶件的裝置，由于電沉積UO2靶件沉積的不是金屬鈾而是氧化鈾，對(duì)沉積條件要求比較高?，F(xiàn)有技術(shù)中，電沉積過(guò)程在靶筒容器即不銹鋼容器內(nèi)進(jìn)行，靶筒本身容積有限，電沉積溶液在一段時(shí)間電沉積之后，pH值會(huì)發(fā)生顯著變化，并且溶液性狀發(fā)生改變、顏色變深還有沉淀生成。此時(shí)電沉積液已經(jīng)無(wú)法再使用，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)更換電沉積溶液繼續(xù)進(jìn)行電沉積反應(yīng)，但是具有費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下的缺陷。
本申請(qǐng)?jiān)诂F(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，添加了高位槽和蠕動(dòng)泵，設(shè)計(jì)了合理的密封橡膠塞、電沉積液出口和入口。其中高位槽中的電沉積液在重力作用下進(jìn)入靶筒內(nèi)，且在流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行電沉積，這樣保證了電沉積液的成分穩(wěn)定，不隨著電沉積的進(jìn)行而發(fā)生改變，當(dāng)整個(gè)高位槽溶液用盡后，再加入新配置的電沉積液繼續(xù)進(jìn)行電沉積，大大提高了效率。使用此裝置之前，電沉積UO2約0.5mg/cm2時(shí)，就需要更換電沉積液。通過(guò)使用此裝置，電沉積UO2達(dá)到20mg/cm2，才需要更換一次電沉積液，沉積效率大大提高，并且沉積的UO2表面質(zhì)量較好。
附圖說(shuō)明
圖1是本申請(qǐng)?zhí)峁┑倪m用于電沉積法制備UO2靶件的裝置。其中1是高位槽；2是第二電沉積液出口；3是水浴槽；4是第一電沉積液入口；5是電源；6是第一電沉積液出口；7是鉑電極；8是不銹鋼管。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述。
實(shí)施例1
一種適用于電沉積法制備UO2靶件的裝置，如圖1所示，該裝置包括水浴槽3、不銹鋼管8、蠕動(dòng)泵、高位槽1、鉑電極7，其中不銹鋼管8位于水浴槽3的底部；
所述不銹鋼管8的上端和下端分別設(shè)置有一個(gè)用于密封的上橡膠塞和下橡膠塞；其中上橡膠塞上設(shè)置有第一電沉積液出口6及電極入口，鉑電極從該電極入口伸入至不銹鋼管8底部；下橡膠塞上設(shè)置有第一電沉積液入口4；
所述高位槽1內(nèi)部盛裝待鍍的電沉積溶液；其中高位槽1的底端高度高于水浴槽3的頂端，高位槽1底端設(shè)置有第二電沉積液出口2，待鍍電沉積液在重力作用下從第二電沉積液出口2通過(guò)管線與下橡膠塞上設(shè)置的第一電沉積液入口4連接，待鍍電沉積液從該入口進(jìn)入不銹鋼管8內(nèi)；
所述第一電沉積液出口6通過(guò)管線與蠕動(dòng)泵連接，將已鍍電沉積液從不銹鋼管8中泵出；
所述電源5的陽(yáng)極和陰極分別與鉑電極7和不銹鋼管8的外壁連接；
所述高位槽1固定于一個(gè)可調(diào)高度的平臺(tái)上。所述不銹鋼管的壁厚為1mm內(nèi)徑為3cm，蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速為15rpm；所述高位槽的材質(zhì)為不銹鋼。
利用該裝置進(jìn)行電沉積之前，對(duì)不銹鋼管經(jīng)過(guò)清潔和酸處理，以保證鈾沉積層與鋼管結(jié)合的牢固性。將內(nèi)壁拋光的不銹鋼管用無(wú)水乙醇和丙酮擦拭徹底除油，并利用95℃的25％的硫酸溶液清洗后再用蒸餾水沖洗干凈。將預(yù)處理之后的不銹鋼管的上端和下端分別用上橡膠塞和下橡膠塞密封，插入電極，連接電源，其中上橡膠塞和蠕動(dòng)泵連接。高位槽中待鍍的電沉積液從第二電沉積液出口、第一電沉積液入口進(jìn)入不銹鋼管內(nèi)進(jìn)行電鍍。所述高位槽內(nèi)盛裝的待鍍電沉積液為UO2(NO3)2-(NH4)2C2O4·H2O水溶液體系。不銹鋼管本身既是陰極——電沉積的對(duì)象，亦是電鍍槽——容納電鍍液在其中。
采用此電沉積裝置開(kāi)展電沉積工作，采用內(nèi)徑3cm，長(zhǎng)10cm的不銹鋼管進(jìn)行電沉積。經(jīng)過(guò)大量電沉積工作，按照優(yōu)化后的電沉積條件，電沉積速度為3.15mg/cm2每12h。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同的是，所述不銹鋼管的壁厚為1.5mm，蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速為30rpm。