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1、第31卷第6期原子能科学技术Vol.31,No.61997年11月AtomicEnergyScienceandTechnologyNov.1997在线熔化靶气相热色谱3分离装置的结构和主要特性赵进华 张 立 郑纪文(中国科学院近代物理研究所,兰州,730000)为研究中能重离子轰击天然Pb厚靶生成的较短寿命的Hg同位素产物,研制成功一套带有跑兔系统的气相热色谱分离装置。它可自动进行靶辐照并可实现Hg产物快速脱出、分离和收集。收集的样品被传送到低本底测量站而不破坏真空。利用此系统可分离半衰期为20s或更短一些的核素。关键词在线熔化靶 气相
2、热色谱分离 跑兔系统[1]208[2]离线熔化靶系统已成功地用于新丰中子核素Hg的合成研究。离线装置处理辐照靶过程复杂费时,只能处理半衰期长达30min或更长的核素。为扩展应用性能良好的熔化靶气相热色谱分离技术分离半衰期为几十秒或更短的核素,本工作拟发展带有跑兔系统的在线熔化靶气相热色谱分离装置。1 装置描述装置安装于兰州重离子加速器(HIRFL)引出口后的偏转磁铁前,束流管线穿过偏转磁铁。为便于移动及加速器间的连结与调整,装置整体装配于活动支架上。低本底探测及数据获取系统位于距离熔化靶装置约50m处。装置的机械结构示于图1,它包括:束
3、流处理、熔化靶、热色谱分离、收集室、收集器真空过渡机构、收集器气动传送等。111 束流处理装置与加速器束流管线连接处有直径为<25mm,厚度为0125mm的不锈钢制成的束流窗实现真空隔离。它可保护加速器系统不会受到来自熔化靶系统的污染,以及防止样品在真空过渡期中可能引起的真空破坏。束流穿过窗后经过一准直器进入法拉第筒。正常状态下法拉第筒处于在束位置,记下由法拉第筒测量的束流强度后,由气动驱动法拉第筒退出束流线后开始靶辐照过程,在预置的辐照时间过后法拉第筒又被推进束流线,并再次测量束流值。由2次束流强度测量平均值计算反应入射粒子数。系统可
4、自动记录辐照时间,停止辐照时刻和靶辐照流强。带水冷的法拉第筒距靶200mm。3国家自然科学基金及中科院“八五”重大课题的资助项目收稿日期:1996211205 收到修改稿日期:1996212204©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第6期 赵进华等:在线熔化靶气相热色谱分离装置的结构和主要特性531图1 在线熔化靶气相热色谱分离装置结构图Fig.1Schematicdiagramoft
5、heon2linemoltenPbtargetgasthermochromatographyapparatus1——入射束流窗;2——束流剖面监测器;3——法拉第筒;4——靶腔束流窗;5——靶;6——加热器;7——石英纤维;8——热偶;9——热屏蔽;10——Ta衬;11——传输管;12——热偶;13——半导体温度计;14——收集器;15——转盘;16——收集器储存室;17——推杆;18——辅助真空连接口;19——轴编码器;20——高压气体入口;21——步进电机;22——驱动轮;23——收集器出口;24——液氮容器;25——载气导入毛细管
6、;26——靶腔;27——靶容器;28——辅助真空排气口位置;29——样品收集位置;30——收集器出口位置112 熔化靶熔化靶是本装置的核心部件,它由靶容器、靶腔、加热器、热屏蔽、测温热电偶、载气导入口、加热电流电极、外真空室等构成。靶容器由反应堆石墨制成,石墨与熔化状态下的铅不互相浸润,靶在冷却后易从容器中取出,只要束流入射壁不损坏,容器可多次重复使用。容器的外型结构示于图2。容器的外径为<30mm,制成阶梯形,分为5阶,每阶糟深6mm,束流入射方向厚度为4mm,每一阶束流入射壁厚度为013mm。容器上方有一让熔化靶中挥发的产物和载气通
7、过的<4mm的圆孔,孔内放有适量石英纤维作慢化剂。装入的靶量在熔化后刚好充满每一阶靶槽,保证有<25mm直径的无间隙有效束流接受面。新更换的靶材料应缓慢升温使其熔化。熔化靶温度可维持在650℃左右。靶容器安放于由同样石墨制成的靶腔中,圆形腔与靶容器有良好的接触。靶腔前端的束流窗由50Lm厚的紫铜箔制成,保证产物不扩散到靶真空室中被真空排气系统抽走。载气通过长60mm、温度为650℃的预热通道进入靶腔。处在真空中的加热器围绕靶腔外部与靶腔同轴装配。使用壁厚5mm圆筒形氮化硼作电绝缘体,将其做成螺距3mm、宽1mm、深112mm的矩形内螺纹
8、,直径为018mm的钨丝螺旋绕在其中。这样结构的加热器有良好的热传导和低的向外热辐射特性及使用可靠等特点。加热器外围设有多层紫铜箔热屏蔽。靶真空室采用双层水冷真空室壁,侧面设有6只支管用于加热电流馈线,载气
