[发明专利]一种自膨胀密封靶件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及核技术应用领域中射线辐照靶件的封装装置及其制造方法，具体涉及要求密封辐照对象、密封过程无高温和辐照后分析过程中不产生其它气体的封装装置及其制造方法。

背景技术

¹²⁹I是核废料中超长寿命核素的成份之一，人工中子嬗变技术可以将它转变为稳定的核素从而达到去污目的。将碘-129置于中子环境中，使之与中子发生(n，γ)反应生成短寿命(半衰期12.5h)的碘-130，碘-130在短时间内衰变为稳定的Xe-130。从安全、成本和等效性等多方面考虑，在前期实验中许多国家均以天然的碘-127代替碘-129摸索相关的条件实验。碘-127与中子发生(n，γ)反应生成短寿命的碘-128(半衰期25Min)，碘-128衰变为Xe-128，相关的技术途径可以直接应用于碘-129的嬗变技术。由于测量的对象是气体，所以必须将靶件密封。要求密封过程中不引入碳氢材料，不会产生高温，靶壳稳定可靠耐高温。

靶件制备是进行各种射线辐照实验前的必备过程。如果靶芯在辐照过程中产生了气体，并且气体作为分析对象不允许逃逸，就必须将靶芯封装在靶件里。目前封装的方法有很多，可以使用尼龙或聚四氟乙烯等材料压接或粘接封装，也可以用玻璃材料或金属材料焊接封装。但是尼龙等碳氢材料的缺点是无法耐高温，如果辐照过程中产生高温，这种材料就容易被破坏。另外，如果需要对靶芯进行气体温度特性的分析，碳氢材料在高温下将裂解出大量的气体，不利于分析对象。玻璃材料虽没有普通碳氢材料的缺点，但有是其容易破碎，大口径的焊封需要较长的材料，使得其密封尺寸不易把握，且可靠性不高；金属材料是制作靶件的可靠材料，可通过粘接或焊接的方法达到密封目的。但是粘接中要用到碳氢有机材料，同样会有上述的缺点；焊接虽然不用碳氢材料，但是焊接过程中会产生高温，这对于不能耐高温的靶芯来说很容易被熔融或气化，影响到辐照结果。

申请号为201020617304.X的“用于反应堆辐照生产碘-125的氙气靶件”专利公开了一种将氩弧焊和冷焊相结合制备气体靶件的方法，将靶件整体采用氩弧焊后仅留一个小孔，将气体靶芯装入后，再将小孔采用冷焊密封。此种预留小孔的方法仅仅适用于气体靶芯的密封，对于大多数的固体靶芯来说，由于靶芯尺度较大，而靶件制作时必须是先装靶芯再焊封，导致靶件的预留孔较大，难以采用上述的针对小孔的冷焊方法实现密封。

发明内容

本发明利用金属能够随温度的变化自动收缩或膨胀的特性，提出了一种自膨胀密封制靶件及其制造方法，本发明在制靶过程中可以避免使用碳氢材料、避免靶芯承受高温，并且靶壳本身可以承受辐照过程中产生的高温，解决了现有技术制作靶件过程中遇到的材料放气和高温封靶的难题。

本发明的技术解决方案为：

一种自膨胀密封靶件，包括靶芯、用于放置靶芯的金属靶壳以及用于封堵金属靶壳的金属堵头，其特征在于，所述金属靶壳的开口端与金属堵头的形状相匹配；所述金属靶壳和金属堵头之间设置有防止金属堵头落入金属靶壳内的限位装置；所述金属堵头的材料热膨胀系数大于0.00001/℃。

上述金属堵头的形状为圆柱体；上述的限位装置包括设置在金属靶壳开口端的限位锥面。

或者，上述金属堵头的形状为圆柱体；上述的限位装置包括设置在金属堵头下端的圆锥台以及设置在金属靶壳开口端且与金属堵头下端锥台形状相匹配的限位锥面。

上述金属堵头的外部尺寸d_C按照下式进行计算：

d_C＝d_B+λ×(T₁-T₂)×ρ×d_B

其中：d_C为堵头的外径；λ为设置系数，取值范围为0.6～0.9；d_B为靶壳开口端的内径；ρ为堵头所用金属的热膨胀系数；T₁为堵头封装环境的温度；T₂为堵头冷却后的温度。

上述金属堵头外端面上设置有手柄，所述手柄和金属堵头间用细长圆柱连接。

上述细长圆柱连接的高度大于3mm，直径为d_C/4。

上述金属堵头的材料为铝、铜、铁；所述金属靶壳开口端内表面和金属堵头外表面的加工粗糙度小于等于0.6。

上述自膨胀密封靶件的制造方法，包括以下步骤：

[1]根据材料热膨胀系数，选取金属堵头的材料；

[2]根据金属靶壳开口端的内径尺寸、金属堵头材料的热膨胀系数、金属堵头的冷却温度与封装温度之差，计算金属堵头的外径尺寸；