[实用新型]一种适用于电沉积法制备UO2靶件的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于放射性靶件制备技术领域，具体涉及一种适用于电沉积法制备UO₂靶件的装置。

背景技术

LEU(低浓铀)生产裂变Mo技术中，制靶是首要的工作。靶件形式根据组成不同，可分为电沉积UO₂靶件、U-Al合金和U-Al弥散体靶件等；根据形状不同，可分为管状、棒状和片状靶件等。根据化学处理工艺分为以酸溶解靶件和以碱溶解靶件为基础的⁹⁹Mo分离、纯化工艺。

电沉积UO₂靶件因靶物质为金属氧化物，易溶于酸，仅仅溶解UO₂、⁹⁹Mo分离时间短等优点在目前广泛使用。电沉积UO₂靶件是在一个密封的圆柱形不锈钢容器的内表面薄薄地镀上一层铀，镀层牢固而均匀，且和具有良好导热性能的不锈钢管壁紧密结合，同外部的反应堆冷却水系统相邻。根据热工计算，芯体散热与芯体同包壳之间的间隙有关，间隙越小传热效率越高。用电沉积法制备的铀靶采用包壳和芯体密合一体的结构，有利于靶件散热，从传热角度看，热工性能好，因而降低了辐照时靶件的温度，增加了辐照安全性。在靶件辐照后处理阶段，电沉积法制备的铀靶由于其镀层薄，如果选择合适浓度的溶剂就可以使裂变产物很容易地被溶解下来，而不影响到不锈钢基体本身。

目前制备电沉积UO₂靶件的方法分为在熔盐中电沉积金属铀和在水中电沉积氧化铀两种，其中在熔盐中电沉积金属铀主要用于LEU的电沉积，设备昂贵，操作条件目前还处于可行性研究阶段。相比之下，在水溶液中电沉积氧化铀方法较简便，工艺也较成熟。

水溶液中电沉积法制备的UO₂靶件的原理为：在水溶液中，铀离子的氧化还原电位在氢之后，因此阴极的反应是2H⁺+2e→H₂↑。铀离子的电沉积并不是以金属铀形式直接沉积在阴极上，而是以复杂的化合物形式沉积在阴极上，此过程的发生需在一定的pH范围内。在电沉积过程中，阴极会大量析氢，产生并积累大量OH^-，溶液中的U离子与OH^-结合，形成氢氧化物，并最终以氧化物形式沉积在阴极上。由于靶件为金属氧化物，易溶于酸，溶解时间大约只有几分钟，可缩短处理时间。靶筒材料通常选择不锈钢管，由于所用不锈钢管的内部容积有限，由于阴极大量析氢，内部的电沉积液在电化学反应一段时间后，溶液pH值以及成分组成发生较大变化，相应的电沉积条件发生改变，造成后续的UO₂沉积失败。如果需要电沉积大量的UO₂，需要频繁的更换电沉积液，劳动生产率极低，并且容易造成靶件损坏。

实用新型内容

(一)实用新型目的

根据现有技术所存在的问题，本实用新型提供了一种能够使UO₂电沉积过程中电沉积条件稳定、电沉积效率高、电镀效果好的电沉积装置。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种适用于电沉积法制备UO₂靶件的装置，该装置包括水浴槽、不锈钢管、蠕动泵、高位槽、铂电极，其中不锈钢管位于水浴槽的底部；

所述不锈钢管的上端和下端分别设置有一个用于密封的上橡胶塞和下橡胶塞；其中上橡胶塞上设置有第一电沉积液出口及电极入口，铂电极从该电极入口伸入至不锈钢管底部；下橡胶塞上设置有第一电沉积液入口；

所述高位槽内部盛装待镀的电沉积溶液；其中高位槽的底端高度高于水浴槽的顶端，高位槽底端设置有第二电沉积液出口，待镀电沉积液在重力作用下从第二电沉积液出口通过管线与下橡胶塞上设置的第一电沉积液入口连接，待镀电沉积液从该入口进入不锈钢管内；

所述第一电沉积液出口通过管线与蠕动泵连接，将已镀电沉积液从不锈钢管中泵出；

所述电源的阳极和阴极分别与铂电极和不锈钢管外壁连接；

优选地，所述高位槽内盛装的待镀电沉积液为UO₂(NO₃)₂-(NH₄)₂C₂O₄·H2O水溶液体系。

优选地，所述高位槽固定于一个可调高度的平台上。

优选地，所述不锈钢管的壁厚为1～1.5mm，内径为3cm。

优选地，所述高位槽的材质为不锈钢。

优选地，所述蠕动泵的转速为15～30rpm。