Способ изготовления трековых мембран

 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к линейным резонансным ускорителям ионов, и может быть использовано при создании промышленных комплексов, использующих пучки ускорения ионов для производства фильтрующих материалов, в частности трековых мембран с уникальными характеристиками. Изобретение позволяет повысить качество трековых мембран и сократить время их изготовления. Облучение исходного материала осуществляют ускоренными ионами элементов с атомным номером Z, удовлетворяющим соотношению 72 < Z < 76, и энергией от 1,7 до 2,5 МэВ/нуклон. В частности, обучение осуществляют ионами вольфрама с применением их предварительной перезарядки при энергии от 0,3 до 0,5 МэВ/нуклон, а ускорение ведут в импульсном режиме с частотой посылок импульсов 20-25 Гц в линейном резонансном ускорителе с фазопеременной фокусировкой. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц, в частности к линейным резонансным ускорителям тяжелых ионов, и может быть использовано при создании экологически чистых радиационно-технологических промышленных комплексов, использующих ускоренные пучки заряженных части для производства трековых мембран с уникальными характеристиками.

Известен способ облучения пленочных материалов для создания трековых мембран, в котором в качестве частиц для облучения используют ускоренные пучки тяжелых ионов. При использовании ионов с атомным номером Z < 17 скорости травления вдоль трека V_t и необлученного материала V_b различаются незначительно и указанный способ оказывается практически неэффективным. При повышении атомного номера до Z 18 36 способ применяют на практике. Однако при этом последующая сенсибилизация треков ультрафиолетовым излучением занимает значительное время и становится самым медленным этапом технологического цикла получения трековых мембран.

Известен также способ облучения материалов в ядерных реакторах продуктами деления ядер. В этом случае дисперсия размеров пор несколько выше, чем при использовании ускоренных пучков тяжелых ионов, полученных на ускорителе, а главное появляется значительная активация облучаемого материала, от которой избавиться весьма сложно, а в некоторых случаях невозможно. Кроме того, пористость мембран с диаметром пор, меньшим 0,15 мкм, получается заметно меньшей, чем пористость мембран, произведенных на тяжелых ионах.

Наиболее близок по технической сущности к описываемому способ облучения пленок пучками ускоренных ионов с большим атомным номером, например ионами ксенона (Z 54). Он позволяет заметно уменьшить время сенсибилизации при сохранении высокого качества продукции. Тем не менее диапазон получаемых пор ограничен размером 0,15 мкм из-за сравнительно высокой дисперсии размеров и пор.

Целью изобретения является повышение качества трековых мембран и сокращение времени их изготовления.

Цель достигается тем, что облучение осуществляют ионами с атомным номером Z, удовлетворяющим соотношению 72 < Z < <76, и энергией от 1,7 до 2,5 МэВ/нуклон.

Цель достигается также тем, что облучение осуществляют ионами вольфрама с применением их предварительной перезарядки при энергии от 0,3 до 0,5 МэВ/нуклон, а ускорение ионов вольфрама ведут в импульсном режиме с частотой посылок 20 25 Гц в линейном резонансном ускорителе с фазопеременной фокусировкой.

При повышении атомного номера тяжелых ионов Z до 72 76 происходит существенное уменьшение дисперсии пор особенно в области ультрафильтрации при порах с размерами менее 0,15 мкм. Это позволяет расширить диапазон практического использования трековых мембран и повысить их конкурентоспособность на мировом рынке. В перспективе такие ионы могут обеспечить получение высококачественных мембран из полимеров, стойких к агрессивным средам, и даже металлических фольг ввиду высокой деструкции материала этими ионами вдоль их треков. Дальнейшее повышение Z практически не увеличивает отношение V_t/V_b, а потому нецелесообразно. Кроме того, при этом существенно усложняется и удорожается разработка облучательного комплекса.

Поскольку до последнего времени для изготовления трековых мембран использовались в основном циклотроны, то получение требуемой интенсивности потоков ионов вещества со столь высоким Z на них практически затруднительно. Видимо, именно поэтому при изготовлении трековых мембран указанный режим работы не предлагался и не рассматривался. Развитие линейных резонансных ускорителей с фазопеременной фокусировкой позволяет успешно решить эту задачу. Использование таких ионов позволяет увеличить избирательность травления треков, сократить время процесса сенсибилизации и, следовательно, снизить стоимость изготовления мембран.

При выборе диапазона энергий ускоренных ионов необходимо учитывать следующие факторы: оптимальную толщину пленки и физические процессы, возникающие в материале пленки при ее облучении тяжелыми ионами. Для производства трековых мембран используют пленки толщиной 10 50 мкм. При производстве мембран толщиной около 10 мкм на их качество накладывает ограничение механическая прочность существующих материалов. В частности, необходимая для использования в промышленности механическая прочность полимерных материалов получается при значениях пористости порядка 7 8% В то же время конкурентоспособные значения пористости в мембранах составляют величины на уровне 20 25% С другой стороны, для облучения полимерных пленок толщиной 40 50 мкм требуется энергия ионов 4 5 МэВ/нуклон, при которой уже начинают проходить ядерные реакции и возникает остаточная радиоактивность, что существенно усложняет и удорожает эксплуатацию комплекса и крайне неудобно при промышленном производстве мембран. В связи с этим оптимальной является пленка толщиной 20 30 мкм, которую облучают тяжелыми ускоренными ионами с энергией 2,5 МэВ/нуклон. Для формирования потоков ионов оптимально использовать линейный резонансный ускоритель с фазопеременной фокусировкой.

П р и м е р. Если взять пленку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной 30 мкм и принять угловой разброс треков, обеспечивающий уменьшение числа наложений пор, равным 30^о, то для образования сквозных пор максимальный пробег иона должен быть не менее 34,7 мкм. Ускоренные ионы вольфрама-184 (Z 74) при энергии 2,5 МэВ/нуклон имеют пробег 40,25 мкм в ПЭТФ с плотностью 1,4 г/см³. В качестве источника ускоренных ионов вольфрама используется ускорительный комплекс на базе линейного резонансного ускорителя с фазопеременной фокусировкой. Такой ускоритель имеет длину около 30 м и позволяет обеспечить интенсивность ускоренных ионов на уровне 10 частиц в секунду, что вполне приемлемо для получения высокой производительности промышленного комплекса для производства трековых мембран на уровне 1 1,5 млн. кв. м в год.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН, заключающийся в ускорении пучка ионов и облучении им пленочных материалов с последующими процесами сенсибилизации и химического травления, отличающийся тем, что облучение осуществляют ионами с атомным номером z, удовлетворяющим соотношению 72 < z < 76 с энергией (1,7 25)МэВ/нуклон.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение осуществляют ионами вольфрама, ускорение которых ведут в импульсном режиме с частотой посылок импульсов 20 25 Гц в линейном резонансном ускорителе с фазопеременной фокусировкой, при этом перед ускорением дополнительно осуществляют перезарядку ионов вольфрама при энергии (0,3 0,5)МэВ/нуклон.