DE1908144B2

DE1908144B2 - Neutronengenerator-target und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE1908144B2
Application number: DE19691908144
Authority: DE
Inventors: Donald Sutherland Baidock Hertfordshire Stark (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-02-20
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1977-08-11
Also published as: FR2002247A1; NL162241C; NL162241B; US3683190A; GB1243262A; DE1908144A1; DE1908144C3; NL6902545A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Neutronengenerator-Targets aus einem Metallfilm aus Yttrium, Skandium oder einem Lanthanid, der mit einem Wasserstoff isotop imprägniert ist, einem Metallträger und einer zwischen dem Metallfilm und dem Metallträger angeordneten dünnen metallischen Zwischenschicht.

Derartige Targets sind beispielsweise in der britischen Patentschrift 9 74 622 beschrieben. Nach der vorgenannten Patentschrift wird der Film auf einem Metallträger niedergeschlagen, mit welchem er nicht leicht eine Legierung eingeht. Der Träger ist vo viel dicker als der Film daß das Legieren teilweise oder vollständig die Absorption von Wasserstoff verhindern würde. Die Auswahl an Trägermetall ist somit begrenzt, Molybdän, Wolfram, Tantal und Chrom sind die bestgeeigneten. Alternativ kann der Träger auch aus einem anderen Metall zusammengesetzt sein, wie Nickel oder Kupfer, und kann mit einem der obengenannten Metalle überzogen sein, das mit Lanthaniden oder Yttrium schwer legierbar ist, wobei der Überzug somit eine Zwischenschicht zwischen dem eigentlichen Metallträger und dem wasserstoffhaliigen Film bildet. .

Die OE-PS 2 34 233 zeigt ein Neutronengenerator-T-rget mit einer Zwischenschicht zwischen dem wasserstoffhaliigen Film und Metallträger. Hier dient die Zwischenschicht dazu, eine Reduzierung des Wasserstoffisotop-Gehalles des Films bei der Imprägnierung duroh die Wasscrstoffbeschuß-lonen zu verhindern, die nicht mit dem im Film vorhandenen Wasserstoff reagieren, sondern deinnisiert werden. Die Anordnung ist so getroffen, daß nichtreagierende Ionen durch den Film hindurch in den Träger hinein diffundieren, wobei der sich ergebende Wasserstoff daran gehindert wird, in den Film zurück zu diffundieren, und zwar durch Vorsehen einer dünnen Zwischenschicht aus einem Metall, wie Kupfer, das Wasserstoff nicht durch sich hindurch diffundieren läßt. Der Film wird vorzugsweise aus Titan hergestellt, ebenso der Träger, so daß der Träger leicht den Wasserstoff absorbiert, der aus den in ihn eindringenden Beschießungsionen resultiert.

Die GB-PS 10 75 411 beschreibt Targets mit wasserstoffisotophaltigen Filmen aus Skandium, Yttrium oder Lanthaniden, die auf einem Metallträger (zweckmäßig aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl) niedergeschlagen werden, und weist auf die Wichtigkeit einer guten Bindung zwischen Film und Träger hin. Aus diesem Grund wird die Trägeroberfläche vor dem Niederschlag des Films geätzt.

Für einen abgedichteten Neutronengenerator, wie er beispielsweise in der GB-PS 10 88 088 beschrieben ist, der einen hohen Neutronenausgang und eine lange Lebensdauer hat, muß ein relativ dicker Film verwendet werden, um einen Ausgleich für das Versprühen oder Zerstäuben durch einfallende Deuterium- oder Tritiumionen zu schaffen, die zum Target hin beschleunigt werden. Es ist in der Praxis schwierig, einen einfallenden Ionenstrahl von einheitlicher Leistungsdichte zu erzielen. Dies führt zu einer Veränderung der Temperatur über die Targetfläche hinweg, und beim Verhindern einer übermäßigen Targettemperatur in den Hochtemperaturbereichen des Targets ist es schwierig, kühlere Bereiche daran zu hindern, unter etwa 200⁰C abzufallen. Bei diesen niedrigeren Temperaturen kann die Absorption von Ionen aus dem Strahl zur Bildung des Trihydrids des Filmmetalls, z. B. des Erbiumtrihydrids, führen-, bei höheren Temperaturen werden nur die Dihydride gebildet. Die Trihydride sind äußerst spröde im Vergleich zu den Dihydriden, und es hat sich herausgestellt, daß, wenn auch relativ dünne Filme von 0,002 bis 0,005 mm und dickere bei teilweiser Trihydridisierung zerfallen bzw. sich zersetzen, wobei sie reine blanke Flächen des Trägers übriglassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung dicker Targetfilme aus Skandium, Yttrium oder einem Lanthanid unter obigen Bedingungen ohne Zusetzung zu ermöglichen. Dieses Problem würde nicht auftreten, wenn man Titan für den Film verwendet (wie in der OE-PS 2 34 233 vorzugsweise der Fall), weil Titan unter den genannten Bedingungen kein Trihydrid bildet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht aus einem Metall besteht, das im festen Zustand leicht in den Metallfilm eindiffundiert und mit diesem Metall eine feste Lösung oder chemische Verbindung bildet und das auch an dem

Metallträger gut haftet, und daß die Dicke der Zwischenschicht danach bemessen ist, daß die Absorptionsfähigkeit des Metallfilms für das Wasserstoffisolop nicht wesentlich reduziert wird.

Dabei bes'eht der Metallträger zweckmäßig aus _s einem mit dem Metallfilm schwer legierbaren Metall, wie an sich aus der GB-PS 9 74 622 bekannt.

Die Bildung der Verbindung durch Diffusion im Festzustand ist von der Bildung einer Legierung durch Schmelzen zu unterscheiden. Das Metall der Zwischen- ,„ schicht wird vorzugsweise so ausgewählt, daß die zwischen ihm und dem Metallfilm gebildete Legierung nicht den den Temperaturen schmilzt, die verwendet werden, wenn der Metallfilm auf die Zwischenschicht aufgedampft und nachfolgend mit einem Wasserstoff- , _s isotop beschickt wird. Der Metallfilm besteht vorteilhaft aus Erbium und die Zwischenschicht aus Nickel oder Gold.

Die Zwischenschicht ist viel dünner als der Metallfilm, um die Schwächung oder Verdünnung des letzleren durch Diffussion zu begrenzen, wenn die feste Lösung oder Verbindung gebildet wird; aber sie ist ausreichend, um dessen Haftung an der Unterlage bzw. dem Träger zu erhöhen.

Die Zwischenschicht hat vorzugsweise eine Dicke ,<; von etwa '/so derjenigen des Metallfilms.

Durch die Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen vorgenannter Targets geschaffen, das darin besteht, daß sowohl die Zwischenschicht als auch der Metallfilm durch Verdampfung im Vakuum auf dem _J0 Metallträger niedergeschlagen werden. Dies geschieht vorteilhaft unter Einhaltung gleicher Geometrien beim Verdampfen im Vakuum.

Beispiel 1

Eine 0,001 mm dicke Zwischenschicht aus Nickel wurde auf einen Molybdänträger vakuumverdampft, und anschließend wurde ein 0,005 mm dicker Metallfilm aus Erbium auf die Zwischenschicht aufgedampft. Das Target wurde bis zu einem Wasserstoff/Erbium-Atomverhältnis von 2,8 geladen, wobei praktisch kein Verlust der Erbium-Metallfilm-Integrität auftrat. Bei diesem Verhältnis zerfällt ein Erbiumfilrn von solcher Dicke ohne die Zwischenschicht aus Nickel zu einem Pulver, wobei der blanke Träger übrigbleibt. Eine Ultraschall- ^₅ reinigung in Toluol, gefolgt von einem Klebeband- »Striptest« (wobei ein »Scotch tape« auf den beladenen Erbiumfilm aufgebracht und anschließend abgezogen

.15 wird) beseitigte nur etwa 8% des Metallfilms.

Die Nickel-Zwischenschicht kann auch auf den Träger durch Elektroplattieren aufgebracht werden, aber das Vakuum-Verdampfen wird vorgezogen, da die Verwendung ähnlicher Verfahren für den Nickel- und Erbiumfilm ein einheitlicheres Nickel/Erbium-Dickenverhäiinis hervorbringt. Wenn dieses Verhältnis über irgendeinen Teil der Targetfläche zu hoch ist, so trägt der Überschuß an Nickel zur Bildung einer Nickel/Erbium-Legierung von niedrigem Schmelzpunkt bei; wenn ein solches Schmelzen beobachtet wird, dann hat der Metallfilm aus Erbium eine größere Tendenz, abzubrökkeln, wenn er mit Wasserstoff beladen wird. Aus diesem Grund, und weil die Menge des zu verdampfenden Nickels so viel geringer als die Menge de Erbiums ist, kann das Verdampfungsschiffchen einheitlich mit dem Nickel plattiert werden, z. B. durch Elektroplattieren, anstatt daß es mit Draht oder Partikeln in der üblichen Weise (und wie im Beispiel 1) beschickt wird, um eine besser definierte Geometrie ähnlich derjenigen für das Erbium zu erhalten. Diese Technik mit dem plattierten Schiffchen kann für Zwischenschichten aus anderen Metallen als Nickel verwendet werden. Der Metallfilm aus Erbium oder einem anderen hydridbildenden Metall wird vorzugsweise (wie Beispiel 1) durch Zweistufenverdampfung aufgedampft.

Beispiel 2

Ein 0,001 mm dicker Goldfilm wurde auf einen Molybdänträger vakuumverdampft und ein 0,05 mm dicker Erbiumfilm auf das Gold aufgedampft, wobei die gleiche Technik wie beim Beispiel 1 verwendet wurde. Der Erbiumfilm wurde bis zu einem Wasserstoff/ Erbium-Atomverhältnis von 2,8 beladen. Es erfolgte kein sichtbares Abl'locken oder Abbröckeln des Erbiumfilms, wie es ohne die Gold-Zwischenschicht der Fall gewesen wäre. Der Erbiumfilm widerstand einer Ultraschall-Reinigung in Toluol mit dem Verlust von nur etwa 10 sehr kleinen Nadellöchern (von etwa 0,25 mm Durchmesser).

Wenn auch die obigen Beispiele sich nur auf die Verwendung von Erbium bei einem Molybdänträger beziehen, so können auch die übrigen Lanthanide, Yttrium oder Skandium und auch andere Träger, wie beispielsweise aus Wolfram, Tantal oder Chrom, verwendet werden, wobei in jedem Falle ein geeignetes Metall für die Zwischenschicht ausgewählt wird, z. B. Beryllium, Gold, Silber, Nickel, Kobalt, Kupfer.

Claims

Patentansprüche:

1. Neutronerigenerator-Target aus einem Metallfilm aus Yttrium, Skandium oder einem Lanthanid, s der mit einem Wasserstoffisotop imprägniert ist, einem Metallträger und einer zwischen dem Metallfilm und dem Metallträger angeordneten dünnen metallischen Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem Metall besteht, das im festen Zustand leicht in den Metallfilm eindiffundiert und mit diesem Metall eine feste Lösung oder chemische Verbindung bildet und das auch an dem Metallträger gut haftet, und daß die Dicke der Zwischenschicht danach bemessen ι <; ist, daß die Absorptionsfähigkeit des Metallfilms für das Wasserstoffisotop nicht wesentlich reduziert wird.

2. Target mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger in an sich bekannter Weise >o aus einem mit dem Metallfilm schwer legierbaren Metall besteht.

3. Target nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Beryllium, Gold, Silber, Nickel oder Kupfer besteht.

4. Target nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfiim aus Erbium und die Zwischenschicht aus Nickel oder Gold besteht.

5. Target nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht viel dünner als der Metallfilm ist.

6. Target nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Dicke von etwa 1 /50 derjenigen des Metallfilms aufweist.

7. Target nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger aus Molybdän besteht.

8. Verfahren zur Herstellung eines Targets nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zwischenschicht als auch der Metallfilm durch Verdampfung im Vakuum auf dem Metallträger niedergeschlagen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederschlagen der Zwischenschicht und des Metallfilmes unter Einhaltung gleicher Geometrien beim Verdampfen im Vakuum erfolgt.