DE1908144C3 - Neutronengenerator-Target und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Neutronengenerator-Target und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Neutronengenerator-Targets aus einem Metallfilm aus Yttrium, Skandium
oder einem Lanthanid, der mit einem Wasserstoffisotop imprägniert ist, einem Metallträger und einer zwischen
dem Metallfilm und dem Metallträger angeordneten ss 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 ho
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 Oberzug somit eine Zwischenschicht zwischen dem
eigentlichen Metallträger und dem wasserstoffhaltigen RIm bildet
Die OE-PS 2 34 233 zeigt ein Neutronengenerator-Target mit einer Zwischenschicht zwischen dem
wasserstoffhaltigen Film und Metallträger. Hier dient die Zwischenschicht dazu, eine Reduzierung des
Wasserstoffisotop-Gehaltes des Films bei der Imprägnierung durch die Wasserstoffbeschuß-Ionen zu verhindern,
die nicht mit dem im Film vorhandenen Wasserstoff reagieren, sondern deionisiert 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 IO 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 200°C 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 Wasserstoffisotop nicht wesentlich reduziert wird.
Dabei besteht der Metallträger zweckmäßig aus 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 Zwischenschicht wird vorzugsweise so ausgewählt, daß die
zwischen ihm und dem Metallfilm gebildete Legierung nicht den den Temperaturen schmilzt, die verwendet
werden, wenn der Metailfilm auf die Zwischenschicht aufgedampft und nachfolgend mit einem Wasserstoff- ,5
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 letzteren ,o
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
Metallträger niedergeschlagen werden. Dies geschieht vorteilhaft unter Einhaltung gleicher Geometrien beim
Verdampfen im Vakuum.
Eine 0,001 mm dicke Zwischenschicj : 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-Atom- 4C
verhältnis von 2,8 geladen, wobei praktisch kein Verlust der Erbium-Metallfilm-Integrität auftrat. Bei diesem
Verhältnis zerfällt ein Erbiumfilm von solcher Dicke ohne die Zwischenschicht aus Nickel zu einem Pulver,
wobei der blanke Träger übrigbleibt. Eine Ultraschallreinigung in Toluol, gefolgt von einem Klebeband-
»Striptest« (wobei ein »Scotch tape« auf den beladenen Erbiumfilm aufgebracht und anschließend abgezogen
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-Dickenverhältnis hervorbringt Wenn dieses Verhältnis über
irgendeinen Teil der Targetfläche zu hoch ist, so trägt der Oberschuß an Nickel zur Bildung einer Nickd/Erbium-Legierung
von niedrigem Schmelzpunkt bei; wenn ein solches Schmelzen beobachtet wird, dann hat der
Metailfilm 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 I) durch Zweistufenverdampfung aufgedampft
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 Abflocken 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 (9)
1. Neutronengenerator-Target aus einem Metallfilm aus Yttrium, Skandium oder einem Lanthanid,
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
ist, daß die Absorptionsfähigkeit des Metallfilms für das Wasserstoffisotop nicht wesentlich reduziert
wird.
Z Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger in an sich bekannter Weise
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 Metallfilm 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 I 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.
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