一种微米级单分散铀钍混合微粒及其制备方法及制备系统
阅读说明：本技术 一种微米级单分散铀钍混合微粒及其制备方法及制备系统 (Micron-sized monodisperse uranium-thorium mixed particle and preparation method and preparation system thereof ) 是由 王凡 胡睿轩 陈彦 沈彦 姜小燕 李力力 赵永刚 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种微米级单分散铀钍混合微粒及其制备方法及制备系统。包括以下步骤：将含铀化合物和含钍化合物与溶剂混合获得铀钍混合溶液；在气溶胶发生条件下,使所述铀钍混合溶液在气溶胶发生装置中形成铀钍混合液滴,并在载气作用下沿所述溶胶发生器的第一垂直气路向下沉降,进入热分解装置；使所述铀钍混合液滴在载气作用下沿所述热分解装置的第二垂直气路向下沉降,在沉降过程中进行热分解,得到铀钍混合微粒。本公开制备得到的铀钍混合微粒可以达到微米级别且具有显著的单分散性,该铀钍混合微粒还具有规则的球形微粒形貌、较窄的粒度分布、更均一的铀钍元素组成；并且本公开还可以大幅提升混合微粒的制备回收效率。(The invention relates to a micron-sized monodisperse uranium-thorium mixed particle, and a preparation method and a preparation system thereof. The method comprises the following steps: mixing a uranium-containing compound and a thorium-containing compound with a solvent to obtain a uranium-thorium mixed solution; under the condition of aerosol generation, enabling the uranium-thorium mixed solution to form uranium-thorium mixed liquid drops in an aerosol generation device, and enabling the uranium-thorium mixed liquid drops to settle downwards along a first vertical gas path of the sol generator under the action of carrier gas to enter a thermal decomposition device; and enabling the uranium-thorium mixed liquid drop to settle downwards along a second vertical gas path of the thermal decomposition device under the action of carrier gas, and carrying out thermal decomposition in the settling process to obtain the uranium-thorium mixed particle. The uranium-thorium mixed particle prepared by the method can reach a micron level and has remarkable monodispersity, and the uranium-thorium mixed particle also has a regular spherical particle shape, narrower particle size distribution and more uniform uranium-thorium element composition; and the preparation recovery efficiency of the mixed particles can be greatly improved.)
技术领域
本公开涉及微米级微粒制备领域，具体地，涉及一种微米级单分散铀钍混合微粒及其制备方法及制备系统。
背景技术
单分散，也叫单分散体系或者单分布，通常是指分散相成分单一，粒度分布很窄的分散体系。
当核材料扩散或涉核事件发生时，需要追踪核材料的来源和历史，材料的生产时间(年龄)是其中重要的分析测试内容。核材料的年龄测定技术是核保障、核取证的重要技术手段。核保障环境取样分析技术是一项有效的探测核材料或核活动的手段。在铀转化、铀浓缩和元件制造过程中，微米(μm)及亚微米含铀微粒会释放到设施内外，在核设施内部或其周边收集环境擦拭样品，对其中含铀微粒进行年龄检测，测定含铀微粒中Th-230和U-234的比值，即可得知其生产时间的相关信息，判定是否存在违约铀浓缩活动。为准确测量环境样品中铀微粒的钍铀比，需采用与实际样品化学组分、物理形态和几何尺寸等性质尽可能一致的标准微粒对测量结果进行校正。除此而外，通过标准微粒的引入，可以建立测量溯源性，为测量结果进行有效的国际比对提供了条件。
在国内，虽然有大量学者在从事微粒制备方法的研究，但是单分散混合微粒的制备，目前还鲜有涉及，没有相关的文献报道。在相近领域中，仅中国原子能科学研究院(CIAE)成功制备了微米级单分散铀氧化物微粒。
在国外，2000年，欧盟联合研究中心(JRC)超铀元素研究所(ITU)的N.Erdmann等人利用气溶胶喷雾热分解的方法，国际首次成功的制备出了粒径在1μm的单分散铀氧化物微粒(monodisperse uranium oxide particles)，该方法在铀氧化物微粒制备方面较为成熟，研究小组已经转向了对钚微粒和混合微粒制备的研究，详见下文。2003年，ZitouniOuld-Dada等人同样利用溶胶喷雾热分解的方法，制备了准单分散的铀氧化物的微粒，微粒粒径分布在0.13～1.37μm范围内，还不能满足单分散的要求。到2005年，Y.J.Park等人利用气溶胶发生装置制备微粒：在得到气溶胶后，经过重力沉降、灼烧形成了粒径为5、10、15和20μm的SiO2微粒，其中吸附了丰度为5％的U-235，以用于作为裂变径迹分析的标准物质，虽然此方法制备的微粒分散性较好，但是粒径较环境样品还是偏大。2010年，ITU在之前研制单分散铀氧化物微粒的基础上，继续研制出了单分散钚微粒和铀钚混合微粒，用以测定SIMS的铀、钚离子产额。
目前公开的相关技术包括ITU建立的单分散铀钚混合微粒制备技术和CIAE研发的单分散铀氧化物微粒制备技术。ITU建立的单分散铀钚混合微粒制备技术采用“预加热、中和器、双气路(变速流量)、三马弗炉”的设备架构；在稀释气气路上增加预加热；采用静电中和器减少微粒团聚；载气流量由高至低(预加热时，载气流量为55L/min；热分解时，载气流量为8L/min)；除制备气路外，增加辅助气路，用以清洁；采用三台马弗炉串联进行逐级升温，促使微粒热分解。该方案整体设备架构复杂(需13台各式设备协同工作)，制备流程繁琐(涵盖气溶胶制备、去溶剂化、除静电、逐级升温热分解、冷却、收集、尾气处理等诸多步骤)，制备参数控制、优化难度大，制备样品损耗大，回收率低。CIAE研发的单分散铀氧化物微粒制备技术采用“预加热、中和器、单气路(恒定流量)、单马弗炉”的设备架构；采用静电中和器减少微粒团聚；在其后端增加预加热；载气流量恒定(35-45L/min)；采用单台马弗炉进行热分解；该技术优化了载气气路和加热过程，由9台设备协同工作。CIAE研发的单分散铀氧化物微粒制备技术虽简化了设备架构，但制备微粒的回收率依旧较低，大约仅为1.2％。
发明内容
本公开的目的是提供一种微米级单分散铀钍混合微粒及其制备方法及制备系统，用于制备形貌规则、粒度分布窄、且铀钍比例一致的微米级单分散铀钍混合微粒，且显著提高微粒的制备回收率。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种制备微米级单分散铀钍混合微粒的方法，包括以下步骤：将含铀化合物和含钍化合物与溶剂混合获得铀钍混合溶液；在气溶胶发生条件下，使所述铀钍混合溶液在气溶胶发生装置中形成铀钍混合液滴，并在载气作用下沿所述溶胶发生器的第一垂直气路向下沉降，进入热分解装置；使所述铀钍混合液滴在载气作用下沿所述热分解装置的第二垂直气路向下沉降，在沉降过程中进行热分解，得到所述铀钍混合微粒。
可选地，所述含铀化合物为硝酸铀酰、硫酸铀酰中的一种或两种，优选为硝酸铀酰；所述含钍化合物为硝酸钍、硫酸钍中的一种或两种，优选为硝酸钍；所述溶剂为异丙醇、乙醇、丙酮、水中的一种或多种，优选为异丙醇。
可选地，所述铀钍混合溶液中，铀含量为1×10-6～1×10-4g/ml，优选为5×10-6～×10-5g/ml；钍含量为1×10-6～1×10-4g/ml，优选为5×10-6～5×10-5g/ml。
可选地，所述气溶胶发生条件包括：在振动孔气溶胶发生装置中，载气流量为40～50L/min，所述载气为压缩空气；振动频率为40～60kHz；进样速率为1.0～4.0×10-3cm/s；稳定压力为275～345KPa。
可选地，所述热分解的条件包括：热分解温度为800～900℃，所述热分解发生在马弗炉中。
可选地，该方法还包括：在5～25℃条件下，在冷却器的第三垂直气路中对热分解得到的混合微粒进行冷却，可选地，所述冷却器采用冷却水作为冷却介质；将冷却后的混合微粒进行收集、过滤，得到微米级单分散铀钍混合微粒。
本公开第二方面提供一种微米级单分散铀钍混合微粒，根据本公开第一方面所述的方法制备得到。
可选地，所述铀钍混合微粒中含铀氧化物以及含钍氧化物的含量比例范围为(100:1)～(1:1)；所述铀钍混合微粒的粒径为0.1～3μm。
本公开第三方面提供一种制备微米级单分散铀钍混合微粒的系统，该系统包括气溶胶发生装置和热分解装置；所述气溶胶发生装置设有铀钍混合溶液进口、载气进口以及混合液滴出口；沿所述气溶胶发生装置的高度方向，所述铀钍混合溶液进口设于所述气溶胶发生装置的顶部，所述混合液滴出口设于所述气溶胶发生装置的底部，以使所述铀钍混合溶液进口和所述混合液滴出口之间形成第一垂直气路用于混和液滴沉降；所述载气进口设于所述气溶胶发生装置的侧壁上，用于向所述系统提供载气；所述热分解装置设有混和液滴入口和混合微粒出口，所述混和液滴入口与所述气溶胶发生装置的混合液滴出口通过第一垂直管道连通；沿物料流动方向，所述热分解装置设于所述气溶胶发生装置的下方；所述混和液滴入口和混合微粒出口分别设于所述热分解装置的顶部和底部以在所述热分解装置内形成第二垂直气路用于使来自所述气溶胶发生装置的混和液滴继续沉降并在沉降过程中进行热分解。
可选地，该系统还包括空气压缩机，所述空气压缩机的压缩空气出口与所述气溶胶发生装置的载气进口连通；所述热分解装置的混合微粒出口与后处理装置连通；可选地，沿竖直方向，所述后处理装置包括由上至下依次连通设置的冷却装置、收集膜和过滤器；所述冷却装置的顶部设有混合微粒冷却入口，所述混合微粒冷却入口与所述热分解装置的混合微粒出口通过第二垂直管道连通；所述冷却装置的底部设有混合微粒冷却出口，所述混合微粒冷却入口和混合微粒冷却出口之间形成第三垂直气路，用于使来自所述热分解装置的混合微粒在所述第三垂直气路的沉降过程中进行冷却；可选地，所述系统还包括冷却水循环装置，用于对所述冷却装置进行循环冷却；可选地，所述第一垂直管道和所述第二垂直管道为石英管道；可选地，所述气溶胶发生装置为振动孔气溶胶发生装置，所述热分解装置为对开式马弗炉。
通过上述技术方案，本公开提供了一种微米级单分散铀钍混合微粒及其制备方法及制备系统。本公开制备得到的铀钍混合微粒可以达到微米级别且具有显著的单分散性，该铀钍混合微粒还具有规则的球形微粒形貌、较窄的粒度分布、更均一的铀钍元素组成；并且本公开还可以大幅提升混合微粒的制备回收效率。在制备系统上。本公开对仪器设备构架进行了改进，将原有水平式制备管路改为垂直式制备管路，有效减少微粒损失，提高了微粒收率；此外，垂直管路可以减少在制备过程中液滴和微粒的不同方向受力，有利于制备混合微粒。本公开大幅简化了制备流程，明确了单分散铀钍混合微粒制备的核心环节，对非核心环节进行了简化，最终形成了气溶胶制备、热分解、冷却、收集的制备流程，减少非必要环节的影响；通过简化流程，辅助设备架构调整，精简设备，缩短管路，减少微粒损失，提高微粒回收率。
本公开的其他特征和优点将在随后的
具体实施方式
部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开提供的一种制备微米级单分散铀钍混合微粒的系统的装置示意图；
图2是实施例1制备得到的铀钍混合微粒的扫描电镜图；
图3是实施例1制备得到的铀钍混合微粒的粒径分布图；
图4是实施例2制备得到的铀钍混合微粒的扫描电镜图；
图5是实施例2制备得到的铀钍混合微粒的粒径分布图；
图6是实施例3制备的铀钍混合微粒的扫描电镜图；
图7是实施例3制备得到的铀钍混合微粒的粒径分布图；
图8是实施例4制备的铀钍混合微粒的扫描电镜图；
图9是实施例4制备得到的铀钍混合微粒的粒径分布图；
图10是对比例1制备的铀钍混合微粒的扫描电镜图。
附图标记说明
1-气溶胶发生装置，2-热分解装置，3-冷却装置，4-收集膜，5-过滤器，6-空气压缩机，7-冷却水循环装置，8-真空泵，9-第一垂直管道，10-第二垂直管道
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的“第一”、“第二”等词仅用于区分不同部件而不含有前后连接顺序等实际含义。在本公开中，使用的方位词如“上”、“下”是装置正常使用状态下的上和下，“内”、“外”是针对装置轮廓而言的。
本公开第一方面提供一种制备微米级单分散铀钍混合微粒的方法，包括以下步骤：
将含铀化合物和含钍化合物与溶剂混合获得铀钍混合溶液；
在气溶胶发生条件下，使所述铀钍混合溶液在气溶胶发生装置中形成铀钍混合液滴，并在载气作用下沿所述溶胶发生器的第一垂直气路向下沉降，进入热分解装置；
使所述铀钍混合液滴在载气作用下沿所述热分解装置的第二垂直气路向下沉降，在沉降过程中进行热分解，得到所述铀钍混合微粒。
本公开制备得到的铀钍混合微粒可以达到微米级别且具有显著的单分散性，该铀钍混合微粒还具有规则的球形微粒形貌、较窄的粒度分布、更均一的铀钍元素组成；并且本公开还可以大幅提升混合微粒的制备回收效率。本公开将原有水平式制备管路改为垂直式制备管路，有效减少微粒损失，提高了微粒收率；此外，垂直管路可以减少在制备过程中液滴和微粒的不同方向受力，有利于制备混合微粒。本公开大幅简化了制备流程，明确了单分散铀钍混合微粒制备的核心环节，对非核心环节进行了简化，最终形成了气溶胶制备、热分解、冷却、收集的制备流程，减少非必要环节的影响，通过简化流程，辅助设备架构调整，精简设备，缩短管路，减少微粒损失，提高微粒回收率。
一种实施方式中，所述含铀化合物为硝酸铀酰、硫酸铀酰中的一种或两种，优选为硝酸铀酰；所述含钍化合物为硝酸钍、硫酸钍中的一种或两种，优选为硝酸钍；所述溶剂为异丙醇、乙醇、丙酮、水中的一种或多种，优选为异丙醇。
本公开将普遍使用的水醇混合溶剂改为单一异丙醇作为溶剂，增加制备液滴的表面张力，有效抑制铀钍分凝，利于混合微粒制备。此外，异丙醇溶剂的挥发性优于原先的水醇混合溶剂，有利于仪器架构的精简优化。并且溶剂挥发性的提高，为制备工中的加热、预加热、去溶剂化等过程的优化提供了可行性，为实现单分散铀钍混合微粒制备提供了先决条件。
一种实施方式中，所述铀钍混合溶液中，铀含量为1×10-6～1×10-4g/ml，优选为5×10-6～5×10-5g/ml；钍含量为1×10-6～1×10-4g/ml，优选为5×10-6～5×10-5g/ml。
一种实施方式中，所述气溶胶发生条件包括：在振动孔气溶胶发生装置中，载气流量为40～50L/min，所述载气为压缩空气；振动频率为40～60kHz；进样速率为1.0～4.0×10-3cm/s；稳定压力为275～345KPa。
一种实施方式中，所述热分解的条件包括：热分解温度为800～900℃，所述热分解发生在马弗炉中。
本公开在制备过程中优化了制备参数，针对铀钍混合微粒制备，细化、明确了与之密切相关的参数，包括载气流量、加热温度、振动频率、进样速度、稳定压力等，其中任一参数变化将直接影响铀钍混合微粒制备的效果，可以进一步提高微米级单分散铀钍混合微粒的回收率以及铀钍混合微粒的性能。
一种实施方式中，该方法还包括：在5～25℃下，在冷却器的第三垂直气路中对热分解得到的混合微粒进行冷却，可选地，所述冷却器采用冷却水作为冷却介质；
将冷却后的混合微粒进行收集、过滤，得到微米级单分散铀钍混合微粒。
本公开在冷却装置的第三垂直气路中进行沉降冷却，进一步降低了混合微粒的损失率。
本公开第二方面提供一种微米级单分散铀钍混合微粒，根据本公开第一方面所述的方法制备得到。
一种实施方式中，所述铀钍混合微粒中含铀氧化物以及含钍氧化物的重量含量比恒定，比例范围为(100:1)～(1:1)；所述铀钍混合微粒中粒径基本一致，粒径范围为0.1～3μm。本公开制备得到的铀钍混合微粒为规则球形颗粒；制备前铀钍混合溶液与制备得到的铀钍混合微粒中的铀钍比例一致，避免了分凝现象；且粒度分布较窄，呈现出显著的单分散性。
本公开提供的微米级单分散铀钍混合微粒可以应用于核保障、核法证领域。
本公开第三方面提供一种制备微米级单分散铀钍混合微粒的系统，如图1所示，该系统包括气溶胶发生装置1和热分解装置2；
气溶胶发生装置1设有铀钍混合溶液进口、载气进口以及混合液滴出口；沿气溶胶发生装置1的高度方向，铀钍混合溶液进口设于气溶胶发生装置1的顶部，混合液滴出口设于气溶胶发生装置1的底部，以使铀钍混合溶液进口和混合液滴出口之间形成第一垂直气路用于混和液滴沉降；载气进口设于气溶胶发生装置的侧壁上，用于向系统提供载气；
热分解装置2设有混和液滴入口和混合微粒出口，混和液滴入口与气溶胶发生装置1的混合液滴出口通过第一垂直管道9连通；沿物料流动方向，热分解装置2设于气溶胶发生装置1的下方；混和液滴入口和混合微粒出口分别设于热分解装置2的顶部和底部以在热分解装置2内形成第二垂直气路用于使来自气溶胶发生装置1的混和液滴继续沉降并在沉降过程中进行热分解。
一种具体实施方式中，气溶胶发生装置1为振动孔气溶胶发生装置，热分解装置2为对开式马弗炉。
一种具体实施方式中，第一垂直管道和第二垂直管道为石英管道。
一种实施方式中，如图1所示，该系统还包括空气压缩机6，空气压缩机6的压缩空气出口与气溶胶发生装置1的载气进口连通；
热分解装置2的混合微粒出口与后处理装置连通。
一种实施方式中，如图1所示，沿竖直方向，后处理装置包括由上至下依次连通设置的冷却装置3、收集膜4和过滤器5；冷却装置3的顶部设有混合微粒冷却入口，混合微粒冷却入口与热分解装置2的混合微粒出口通过第二垂直管道10连通；冷却装置3的底部设有混合微粒冷却出口，混合微粒冷却入口和混合微粒冷却出口之间形成第三垂直气路，用于使来自热分解装置2的混合微粒在第三垂直气路的沉降过程中进行冷却。
一种实施方式中，如图1所示，系统还包括冷却水循环装置7，用于对冷却装置3进行循环冷却。具体地，冷却装置3包括冷却管和冷却水循环层，冷却水循环层包覆于冷却管外侧壁上，第三垂直气路设于冷却管内；冷却水循环层设有冷却水入口和温水出口，冷却水循环装置7设有冷却水出口和温水入口，冷却水循环装置7的冷却水出口与冷却装置3的冷却水入口连通，冷却装置3的温水出口与冷却水循环装置7的温水入口连通。
一种具体实施方式中，本公开提供的整个系统中，沿竖直方向，由从气溶胶发生装置1至热分解装置2至冷却装置3至收集膜4至过滤器5的通路均是垂直的，减少微粒损失，提高微粒回收率。
一种实施方式中，本公开提供的系统中不采用静电中和器，精简设备，缩短管路，减少微粒损失，提高微粒回收率。
一种具体实施方式中，该系统还包括真空泵8，真空泵8的输入口与过滤器5连通，用于抽气，提供负压环境。
采用本公开图1所示的系统制备微米级单分散铀钍混合微粒的具体流程包括：使铀钍混合溶液经铀钍混合溶液进口引入气溶胶发生装置1的第一垂直气路上方，使载气经由载气入口引入气溶胶发生装置1的第一垂直气路，铀钍混合溶液在载气的作用以及自身重力的作用下在第一垂直气路中进行沉降，在沉降过程中形成铀钍混合液滴；混合液滴进入第一垂直管道9中继续沉降；之后铀钍混合液滴经由混和液滴入口进入热分解装置的第二垂直气路上方，在载气作用下继续沉降并在高温下发生热分解，形成铀钍混合微粒；铀钍混合微粒经由混合微粒出口进入第二垂直管道10，然后经由混合微粒冷却入口进入冷却装置3的第三垂直气路中并在其作用下继续沉降的同时与循环冷却水进行换热冷却；冷却后的混合微粒经由混合微粒冷却出口沉降至收集膜4上，被收集后经过滤器5进行过滤。
下面将通过实施例对本公开作进一步说明。
在以下实施例中使用的制备装置和反应试剂包括：
医用纯无油空气压缩机(WSC22140B上海慧驰机电有限公司)、精密减压阀(IR2020-02日本SMC有限公司)、振动孔气溶胶发生器(VOAG-3450美国TSI公司)、石英管道(北京科特石英玻璃厂)、对开管式马弗炉及其温控箱(北京世纪金工电炉有限公司)、冷却水循环装置(CFT300美国Thermo Electron Corporation)、真空泵(V600德国WIGGENSLabortechnik GmbH公司)、万分之一电子天平(德国赛多利斯股份公司)、收集膜(中国原子能科学研究院物理所)、过滤器(德国FestoAG&Co.KG公司)。
异丙醇，分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司；
硝酸铀酰，分析纯，中国医药公司；
硝酸钍，分析纯，克拉玛尔。
在以下实施例和对比例中，进行的检测包括：
微粒外观形貌采用扫描电镜分析(SEM)：仪器为JSM-6360LV，日本JEOL公司；检测条件包括：放大倍数5000、真空30Pa、电压25kV。
平均粒径检测方法：单个测量统计。
微粒粒度分布：单个测量统计。
颗粒制备回收率检测方法：理论计算统计。
原始溶液及微粒溶解后溶液中钍铀比值采用ICP-MS测试：仪器为IsoprobeTM型多接收电感耦合等离子体质谱计MC-ICP-MS(英国GV公司)、检测条件包括：工作电压6000V、RF功率1100W、雾化器流量0.85L/m。
混合微粒铀钍组成均一性采用SEM-EDX和SIMS测试：仪器：双聚焦二次离子质谱IMS-6f(法国CAMECA公司)；检测条件包括：一次束能量12.5KV、样品高压5000V、视场光阑1800μm。仪器：高低真空扫描电镜JSM-6360LV(日本JEOL公司)、能谱仪AZtec(英国OxfordInstruments公司)；检测条件包括：放大倍数5000、真空30Pa、电压25kV。
实施例1
本实施例用于制备单分散铀钍混合微粒。
按近等比(重量等比)分别称取硝酸铀酰粉末0.89g和硝酸钍粉末0.91g；
将两种粉末溶入异丙醇中，通过容量瓶定容，逐级稀释至浓度为4×10-5g/ml的铀钍混合溶液，作为气溶胶发生的溶液。采用图1所示的系统，根据下表1中参数制备铀钍混合微粒。
表1
条件参数
参数选择
振动孔振动频率
52.5kHz
进样速率为
1.5×10<sup>-3</sup>cm/s
稳定压力
310KPa
载气气流量
50L/min
马弗炉加热温度
900℃
具体制备过程包括：(1)用上述铀钍混合溶液装入气溶胶发生器的进样注射器中，经由发生器，形成单分散气溶胶。
(2)单分散气溶胶经过1台马弗炉进行高温热分解，形成铀钍混合微粒。
(3)将冷却水温度设定为15℃，热分解后的高温铀钍混合微粒经冷却后，收集于核孔膜之上，收集时间大约30分钟左右。
本实施例制备所得微粒经SEM观测得到的形貌图像如图2所示。从微粒形貌图中可以发现，制备得到的微粒呈球形，且表面光滑、边界清晰。制备所得微粒粒度分布如图3所示。从微粒粒度分布中可以发现，制备微粒粒径相对集中，其中粒径为2-3μm的铀钍混合微粒是数量为全部铀钍混合微粒总数量的70％，具备单分散性。经ICP-MS测得原始溶液及微粒溶解后溶液(微粒溶解用溶剂为硝酸)中钍铀比值(原子数量比)均为0.87，由SEM-EDX和SIMS分析认定混合微粒铀钍组成均一，即可认为单个混合微粒中钍铀比即为0.87。本实施例的微粒制备回收率为5.1％。
实施例2
采用与实施例1相同的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：按近等比称取适量的硝酸铀酰和硝酸钍粉末，将其溶入异丙醇中，通过容量瓶定容，逐级稀释至浓度为5×10-6g/ml的铀钍混合溶液，作为气溶胶发生的溶液。
制备所得微粒经SEM观测得到的形貌图像如图4所示。从微粒形貌图中可以发现，制备得到的微粒呈球形，且表面光滑、边界清晰。制备所得微粒粒度分布如图5所示。从微粒粒度分布中可以发现，制备微粒粒径相对集中，其中粒径为1～1.2μm的铀钍混合微粒是数量为全部铀钍混合微粒总数量的84％，具备单分散性。经ICP-MS测得原始溶液及微粒溶解后溶液中钍铀比值均为0.87，由SEM-EDX和SIMS分析认定混合微粒铀钍组成均一，即可认为单个混合微粒中钍铀比即为0.87。本实施例的微粒回收率为4.7％。
实施例3
采用与实施2相同的制备方法，与实施例2的不同之处在于：根据下表2中参数制备铀钍混合微粒。
表2
条件参数
参数选择
振动孔振动频率
47.7kHz
进样速率为
1.2×10<sup>-3</sup>cm/s
稳定压力
320KPa
载气气流量
40L/min
马弗炉加热温度
850℃
制备所得微粒经SEM观测得到的形貌图像如图6所示。从微粒形貌图中可以发现，制备得到的微粒呈球形，且表面光滑、边界清晰。制备所得微粒粒度分布如图7所示。从微粒粒度分布中可以发现，制备微粒粒径相对集中，其中粒径为1.2～1.4μm的铀钍混合微粒是数量为全部铀钍混合微粒总数量的83％，具备单分散性。经ICP-MS测得原始溶液及微粒溶解后溶液中钍铀比值均为0.87，由SEM-EDX和SIMS分析认定混合微粒铀钍组成均一，即可认为单个混合微粒中钍铀比即为0.87。本实施例的微粒回收率为5.2％。
实施例4
采用与实施1相同的制备方法，与实施例1的不同之处在于：分别称取硝酸铀酰粉末9.74g和硝酸钍粉末0.91g；将两种粉末溶入异丙醇中，通过容量瓶定容，逐级稀释至硝酸铀酰浓度为5×10-6g/ml、硝酸钍浓度为5×10-7g/ml的铀钍混合溶液，作为气溶胶发生的溶液。
本实施例制备所得微粒经SEM观测得到的形貌图像如图8所示。从微粒形貌图中可以发现，制备得到的微粒呈球形，且表面光滑、边界清晰。制备所得微粒粒度分布如图9所示。从微粒粒度分布中可以发现，制备微粒粒径相对集中，其中粒径为1～1.2μm的铀钍混合微粒是数量为全部铀钍混合微粒总数量的78％，具备单分散性。经ICP-MS测得原始溶液及微粒溶解后溶液(微粒溶解用溶剂为硝酸)中钍铀比值(原子比)均为0.09，由SEM-EDX和SIMS分析认定混合微粒铀钍组成均一，即可认为单个混合微粒中钍铀比即为0.09。本实施例的微粒制备回收率为5.3％。
对比例1
按近等比(重量等比)称取适量的硝酸铀酰粉末和硝酸钍分别为粉末，将两种粉末溶入异丙醇中，通过容量瓶定容，逐级稀释至浓度为5×10-6g/ml的铀钍混合溶液，作为气溶胶发生的溶液。
然后采用专利申请CN101891253B中公开的方法制备铀钍混合微粒。具体制备过程包括：(1)将振动孔气溶胶发生器振动频率设置为55.8kHz，载气流量为40L/min，用上述铀钍混合溶液装入气溶胶发生器的进样注射器中，经由发生器，形成单分散气溶胶。
(2)单分散气溶胶经过中和器，去除气溶胶液滴表面的电荷。随后在中和器后端对载气预加热，加热带温度设置为120℃，载气升温至79-80℃左右，使气溶胶液滴中的溶剂蒸发，形成固体微粒。
(3)将得到的固体微粒经过1台马弗炉高温热分解，马弗炉的加热温度为690-710℃，最终形成铀钍混合微粒。
(4)将冷却水温度设定为15℃，热分解后的铀钍混合微粒经冷却后，收集于核孔膜之上，收集时间大约30分钟左右，然后将收集得到的铀钍混合微粒进行过滤，得到最终的铀钍混合微粒。
制备所得混合微粒经SEM观测得到的形貌图像如图10所示。从微粒形貌图中可以发现，制备得到的微粒形态为非球形、不规则且松散；且本对比例制备的混合微粒中的铀钍含量与原始溶液中差异巨大，具体地在原始溶液中铀含量为43.0重量％，钍含量为57重量％；制备得到的微粒中铀含量为67.9重量％，钍含量为32.1重量％，说明存在显著的铀钍元素分凝。本对比例的微粒回收率为1.2％。
根据以上实施例1～4与对比例1进行比较可知，采用本申请提供的方法及系统制备得到的铀钍混合微粒的制备回收率更高，铀钍混合微粒的颗粒形状更规则，粒径分布更窄，具有更好的单分散性，且铀钍混合微粒中铀钍组成均一，不存在铀钍元素分凝现象。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。