DE1940279B2

DE1940279B2 - Target zur neutronenerzeugung

Info

Publication number: DE1940279B2
Application number: DE19691940279
Authority: DE
Inventors: Jacques Villemomble Detaint (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1969-08-07
Publication date: 1972-09-21
Also published as: FR1584364A; LU59235A1; GB1205359A; DE1940279A1; AT310881B; BE735473A; NL6912098A; US3646348A; JPS4824598B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Target zur Neutronenerzeugung gemäß der Kernreaktion T(d,n)⁴He mit einer Beschichtung aus einem Metalltritid, einem tritiumhaltigen Metallhydrid oder einer tritiumhaltigen Mischung aus Hydriden und mit einem nicht an der Kernreaktion teilnehmenden Träger für die Beschichtung.

Für bekannte derartige Targets, die im allgemeinen auf einem passiven, nichthydridbildenden Träger mindestens eine Beschichtung aus einem Metalltritid, einem Hydrid oder einem Gemisch von Metallhydriden mit größerem Tritiumanteil aufweisen, beobachtet man eine schnelle Zersetzung der tritiumhaitigen Beschichtung, die gewöhnlich feste Phase genannt wird, infolge des Übergangs des Tritiums in die Gasphase. Diese fortschreitende Verringerung des Tritiumgehalts, die durch den Austausch der Triilumatome gegen Deuteriumatome verursacht wird, die aus dem auffallenden Strahl stammen, führt zu einer Diffusion des Tritiums entweder in den passiven Träger des Targets oder in das Beschleunigergefäß, was eine merkliche Verringerung der gelieferten Neutronenausbeute zur Folge hat. Beim Dauerbetrieb wird die Deuteriummenge, die bereits in das Target injiziert worden ist, durch die Abgabe in der Gasphase einer gleichen Menge eines Gemisches von Deuterium und Tritium kompensiert, so daß in der festen Phase die Wasserstoffkonzentration konstant bleibt. Im Laufe der Zeit wird dadurch eine Verarmung an Tritium und eine Anreicherung an Deuterium der festen Phase bewirkt.

Es ist auch bereits ein Target zur Neutronenerzeugung bekanntgeworden (österreichische Patentschrift 234 233), bei dem die Beschichtung vom Trä-

ger über eine dünne difrusionshemmende Zwischenschicht aus einem Metall wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium gebildet ist, wobei diese Zwischenschicht so dick ist, daß die Rückwanderung der Deuteronen vom Träger zur Beschichtung sowie die

ao Wanderung des Tritiums zum Träger behindert wird. Der Träger wird durch ein gut die Wärme leitendes, hybridbildendes Metall gebildet. Alternativ kann auch der Träger aus einem nicht hybridbildenden Metall bestehen.

Schließlich ist es auch noch bekannt (USA.-Patentschrift 2 986 441), den Träger an seinem Umfang zu haltern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neutronenerzeugendes tritiumhaltiges Target an-

zugeben, durch den die obengenannte Schwierigkeit überwunden wird, und bei dem die Gesamtlebensdauer des Targets bedeutend erhöht ist, da die Entfernung des Deuteriums oder die Diffusion des Deuteriums in den Träger eine starke Beschränkung der

Geschwindigkeit der Anreicherung der tritiumhaltigen Beschichtung an Deuterium auf Kosten des Tritiums gewährleisten soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Beschichtung in an sich bekannter Weise vom Träger über eine dünne diffusionshemmende Zwischenschicht aus einem Metall wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium getragen ist, wobei diese Zwischenschicht in ebenfalls bekannter Weise so dick ist, daß die Rückwanderung der Deuteronen vom Träger zur Beschichtung im gleichen Maße wie die Wanderung des Tritiums zum Träger behindert wird, und daß der Träger in ebenfalls bekannter Weise an seinem Umfang gehaltert ist.

Das erfindungsgemäße Target weist trotz seines einfachen Aufbaues verschiedene wesentliche Vorteile auf: Die in der festen Phase eingelagerte Deuteriummenge wird verringert. Die Diffusion der Wasserstoffisotope geht in einem Metall wie Gold, Silber, Kupfer, Aluminium od. dgl. sehr langsam vor sich. Der passive Träger kann durch ein gut wärmeleitendes, hybridbildendes Metall gebildet wird, das eine schnelle Diffusion der Wasserstoffisotope zeigt, so daß das Deuterium, das die dünne Beschichtung und die diffusionshemmende Zwischenschicht durchwandert hat, zurückbehalten wird. Die gesamte Anordnung kann auf einfache Weise über den am Umfang gehalterten Träger gekühlt werden.

Es ist weiterhin auch möglich, daß der Träger durch ein nicht hybridbildendes Metall gebildet wird, das in einem Targethalter montiert ist, der den Träger an seinem Umfang haltert. Dann ist vorteilhaft, daß der Targethalter einen Ringkreislauf für Kühlwasser hat, und daß die zu der Beschichtung ent-

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gegengesetzte Fläche des Trägers teilweise einen bildendes Metall gebildet, in dem die Diffusion der

unter Vakuum stehenden Hohlraum begrenzt, um das Deuteronen bei der Betriebstemperatur des Targets

Deuterium zu entfernen, das den Träger durchwan- schnell vor sich geht. Die Deuteronen oder Deute-

derthat. riumatome, die die Beschichtung 2 und die Sperr-

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung liegt 5 schicht 4 durchsetzen, dringen auch in den Träger 3

auch darin, daß die zu der Beschichtung entgegen- ein und diffundieren durch seine Dicke, so daß in

gesetzte Fläche durch eine Lösung gekühlt ist, die ihm ständig eine Hydridbildung stattfindet. So ent-

aus einem Elektrolyten oder einer chemischen wickelt sich die Zusammensetzung des Trägers wäh-

Reagenz besteht und die Entfernung des Deuteriums rend der ganzen Betriebsdauer des Targets, und die

auf elektro-chemischem oder chemischem Wege ge- ίο notwendige Zeit, um das stabile Hydrid zu bilden,

währleistet. Wenn die Lösung durch einen Elektro- das am wasserstoffreichsten ist, kann trotzdem sehr

lyten gebildet wird, dient der Träger als erste Elek- lang sein, auf jeden Fall bedeutend langer als die

trode und der Targethalter als zweite Elektrode für Lebensdauer der tritiumhaltigen Beschichtung 2.

die Elektrolyse der Lösung. Manchmal ist es jedoch vorteilhaft, in gewissem Maß

Die Erfindung so]] an Hand der Zeichnung näher 15 die Diffusionsgeschwindigkeit des Deuteriums durch

erläutert werden. Es zeigen die Zwischenschicht 4 zu verringern, um Deformatio-

F i g. 1 und 2 eine Schnittansicht durch zwei Aus- nen zu vermeiden, die durch die Volumenvergröße-

führungsbeispiele des neutronenerzeugenden Targets rung hervorgerufen werden, die insbesondere ein

gemäß der Erfindung, montiert in einem Targethalter. Lösen der Beschichtung 2 und der Zwischenschicht 4

Ein neutronenerzeugendes tritiumhaltiges Target 1 ao bewirken.

hat eine dünne Oberfiächenbeschichtung 2, die in Daher wird bei einem anderen Ausführungsirgendeiner Form eine geeignete Tritiummenge ent- beispiel, da., genauer in den F i g. 1 und 2 abgebildet hält. Die Beschichtung 2 kann insbesondere aus ist, die Konzentration der Deuteriumatome im Träeinem Metalltritid wie von Titan, Yttrium, einer sei- ger 3 auf einem Grenzwert gehalten, indem kontitenen Erde od. dgl. sowie einem Hydrid oder einer 25 nuierlich das Deuterium durch die Fläche 5 des Hydridmischung bestehen. In letzterem Fall ist eine Trägers 3 entfernt wird, die entgegengesetzt zu der Ausführung besonders vorteilhaft, wie sie in der Fläche angeordnet ist, an der die Sperrschicht 4 und Patentanmeldung A 8630/68, eingereicht am 5. Sep- die tritiumhaltige Beschichtung 2 angeordnet sind, tember 1968, beschrieben ist. Zu diesem Zweck ist das Target 1 in einem Target-Die aktive Beschichtung 2 hat eine solche Dicke, 30 halter montiert, der aus zwei verklebten Stücken 6 daß sie notwendigerweise eine Abbremsung bis zu und 7 besteht, die zwischen sich das Target in der einer Energie von einigen lOkeV der monokineti- Nähe von dessen Umfang einspannen und mit dessen sehen Deuteronen des auf das Target treffenden Rand eine Ringkammer 8 bilden, die für den Umlauf Strahls vornimmt. Die Beschichtung 2 ist gemäß der einer geeigneten Kühlflüssigkeit vorgesehen ist. Die Erfindung auf einem passiven Träger 3 über eine 35 Dichtigkeit zwischen den Stücken 6 und 7 wird durch Zwischenschicht 4 niedergeschlagen, die eine Diffu- eine Dichtung 9 gewährleistet. In diesem Ausfühsionssperre bildet. Die Sperrschicht 4 besteht aus rungsbeispiel begrenzt die Fläche S des Trägers 3 einem Stoff, in dem die Diffusion der verschiedenen teilweise mit einem Flansch 10 des Stückes 7 eine Wasserstoffisotope (Tritium und Deuterium) langsam Kammer 11, die durch eine Leitung 12 an eine Vavor sich geht, z. B. aus Gold, Silber, Kupfer oder 40 kuumpumpe (nicht abgebildet) angeschlossen ist, die Aluminium. Die Sperrschicht 4 hat eine solche Dicke, das Auspumpen der Kammer 11 und damit autodaß die auffallenden Deuteronen, die die tritium- matisch die Entfernung des Deuteriums erlaubt, das haltige Beschichtung 2 durchsetzen und durch diese den Träger 3 durchwandert hat.
bereits teilweise abgebremst sind, nur schwach ab- Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in gebremst werden. Diese Dicke muß andererseits 45 F i g. 2 abgebildet ist, begrenzt das Stück 7 des Targroß genug sein, um eine geeignete Diffusion dieser gethalters ebenfalls mit der Fläche 5 des Trägers 3 Deuteronen in den Träger 3 zu erlauben, insbeson- einen Hohlraum 13, der in diesem Fall zur Aufnahme dere um deren Rückwanderung in die Beschichtung 2 einer flüssigen Lösung vorgesehen ist, die insbeson- und ebenso die Wanderung des Tritiums von dieser dere eine chemische Reagenz oder ein Elektrolyt zum Träger 3 zu verhindern. Vorzugsweise besteht 50 sein kann. Im ersten Fall wird das absorbierte Deudie Zwischenschicht 4 aus einem dünnen Film aus terium durch eine chemische Reaktion entfernt, wäheinem der obengenannten Metalle, dessen Dicke rend im zweiten Fall die Entfernung des Deuteriums größenordnungsmäßig 10 μ g/cm² beträgt, um einen elektro-chemisch durch Elektrolyse der Lösung vorbefriedigenden Kompromiß zu erreichen. genommen wird, wobei der Träger 3 als eine erste

Bezüglich der Ausbildung des passiven Trägers 3 55 Elektrode dient, während der gegenüberliegende Teil

sind zwei Ausführungsbeispiele besonders vorteilhaft, 14 des Targethalters die zweite Elektrode bildet,

je nachdem, ob in dem Träger 3 die durch die Be- In allen Fällen wird ein neutronenerzeugendes

schichtung 2 und die Zwischenschicht 4 gelangten Target angegeben, bei dem die Entfernung des Deu-

Deuteronen festgehalten oder im Gegenteil in dem teriums oder die Diffusion des Deuteriums in den

Maße ihres Auftretens an der entgegengesetzt zu 60 Träger eine starke Beschränkung der Geschwindig-

der tritiumhaltigen Beschichtung 2 angeordneten keit der Anreicherung der tritiumhaltigen Beschich-

Oberfläche des Trägers entfernt werden sollen. tung an Deuterium auf Kosten des Tritiums gewähr-

Im ersten Fall wird der passive Träger 3 Vorzugs- leistet, wodurch die Gesamtlebensdauer des Targets

weise durch ein gut wärmeleitendes und hydrid- bedeutend erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Target zur Neutronenerzeugung gemäß der Kernreaktion T(d,n)⁴He mit einer Beschichtung aus einem Metalltritid, einem tritiumhaltigen Metallhydrid oder einer tritiumhaltigen Mischung aus Hydriden und mit einem nicht an der Kernreaktion teilnehmenden Träger für die Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) in an sich bekannter Weise vom Träger (3) über eine dünne diffusionshemmende Zwischenschicht (4) aus einem Metall wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium gefragen ist, wobei diese Zwischenschicht (4) in ebenfalls bekannter Weise so dick ist, daß die Rückwanderung der Deuteronen vom Träger (3) zur Beschichtung (2) im gleichen Maße wie die Wanderung des Tritiums zum Träger behindert wird und daß der Träger (3) in ebenfalls bekannter Weise an seinem Umfang gehaltert ist.

2. Target nach Anspruch 1, wobei der Träger durch ein nichthybridbildendes Metall gebildet und in einem Targethalter montiert ist, der den Träger an seinem Umfang haltert, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethalter (6, 7) einen Ringkreislauf für Kühlwasser hat und daß die zu der Beschichtung (2) entgegengesetzte Fläche (5) des Trägers teilweise einen unter Vakuum stehenden Hohlraum (11) begrenzt, um das Deuterium zu entfernen, das den Träger durchwandert hat (Fig. 1).

3. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu der Beschichtung (2) entgegengesetzte Fläche (5) des Trägers (3) durch eine Lösung (13) kühlbar ist, die aus einem Elektroden oder einer chemischen Reagenz besteht, so daß das Deuterium elektrochemisch oder chemisch entfernt wird (F i g. 2).

4. Target nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung aus einem Elektrolyten besteht, zu dessen Elektrolyse der Träger (3) als erste Elektrode und der Targethalter (14) als zweite Elektrode dient (F i g. 2).