KR101041177B1 - 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼중수소 저장용 박막 표면의 산화막을 전자빔, 플라즈마 빔, 이온빔 등을 사용하는 건식 표면 세정방법으로 제거하고, 외기의 접촉없이 삼중수소를 주입하여 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 장치 및 그 장치를 사용하여 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

삼중수소, 고체선원, 저장금속, 건식세정

Description

표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치 및 그의 제조방법{A manufacturing apparatus and method with surface cleaning process to make thin film tritium source for tritium batteries}

본 발명은 표면 세정 공정을 이용한 고체 방사선 선원, 특히 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 장치와 그의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 국내특허출원 제10-2008-0078388호에 의하면, 삼중수소 고체선원을 제조하는 과정에서 고체선원의 원료가 되는 삼중수소 저장금속(분말 또는 박막)이 삼중수소와 반응하기 이전에 공기 중에 노출되어 표면에 산화막이 생기는 것이 불가피하였다. 특히 티타늄과 같이 산소와의 친화력이 아주 강한 금속의 경우에는 산소 또는 수분의 농도가 매우 낮아도 치밀한 산화막이 표면에 발생하게 된다.

이와 같이 형성된 산화막은 삼중수소가 저장금속 내로 침투하는 것을 방해할 뿐만 아니라, 산소와 결합한 금속원자는 삼중수소와 반응하지 못하게 되어 삼중수소의 저장율을 낮추는 문제도 일으켰다.

또한, 산화막이 존재하는 상태에서 삼중수소와 반응시키기 위해서는 활성화단계를 거쳐야 하는데 활성화 단계에서 산소가 추가적으로 더 금속과 반응하거나 활성화에 필요한 가열과정에서 저장금속과 결합된 반도체소자가 특성을 상실하는 등의 부작용이 발생하였다.

본 발명은 산소가 없는 분위기에서 박막형태의 저장금속 표면의 산화막을 제거하는 표면 세정 공정을 수행한 후 그 자리에서 삼중수소와 저장금속을 반응시켜 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 장치와 그 방법을 제공하고자 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치는 산화막이 제거된 삼중수소 저장금속의 박막표면을 삼중수소와 반응시켜 삼중수소가 주입된 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 반응용기로 이루어져 있되 상기 반응용기는 삼중수소를 공급 및 주입하기 위한 삼중수소 공급배관과 내부의 산소를 완전히 제거하여 진공상태로 만들고 반응 완료 후 잔류하는 삼중수소를 회수하는 통로로 사용하기 위하여 설치된 진공배기배관; 정화가스를 공급하기 위하여 설치된 정화가스 공급배관; 및 내부에 표면이 산화된 삼중수소 저장용 박막의 시료가 놓이게 되는 시료지지대 및 외부에 있는 건식세정빔 전원 및 제어장치로부터 전원을 공급받고, 상기 시료의 표면에 형성된 산화막을 건식 표면 세정하기 위하여 건식세정빔을 상기 시료 표면으로 발생하기 위하여 설치된 건식세정빔 발생장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 표면 세정 방법을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하기 위한 방법은 표면이 산화된 삼중수소 저장용 박막 시료를 반응용기 내에 설치하는 단계; 상기 반응용기내에 정화가스를 공급하고, 진공배기배관을 통해 진공배기하는 과정을 반복하는 단계; 진공상태에서 건식세정빔을 발생시켜 상기 시료 표면의 산화막을 표면 세정 방법으로 제거하는 단계; 반응용기를 고진공 상태로 유지하면서 삼중수소를 공급하고, 산화막이 제거된 시료와 반응시키는 단계; 및 반응 완료 후 잔여 삼중수소를 진공배기배관을 통하여 회수하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 산화막이 제거된 깨끗한 금속표면에 삼중수소가 주입되어 삼중수소 저장반응이 즉시 일어나게 된다. 따라서 고체선원 내에 산소가 포함되지 않을 뿐만 아니라 산화막 제거를 위한 활성화 과정이 필요없게 되는 장점이 있다.

활성화 과정은 시료를 진공상태에서 가열하는 것으로 이러한 가열은 박막형 저장금속이 코팅된 반도체 등의 특성을 손상시킬 수 있다. 이러한 손상은 삼중수소 고체선원을 사용하는 용도, 예를 들어 삼중수소 전지에 따라 삼중수소 고체선원의 사용을 불가능하게 만들 수도 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 활성화에 의한 부작용 없이 고체선원을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치의 개략도로서, 부호 101은 반응용기이고, 102는 건식세정빔 발생장치이며, 103은 건식세정빔 전원 및 제어장치이고, 104는 건식세정빔이며, 105는 박막 선원(시료)이고, 106은 시료지지대이며, 107은 정화가스 공급배관이고, 108은 삼중수소 공급배관이며, 109는 진공배기배관이다.

도 1에 의하면, 반응용기(101)는 산화막이 제거된 삼중수소 저장금속의 박막표면을 삼중수소와 반응시켜 삼중수소가 주입된 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 용기로서, 그의 상부에는 삼중수소를 공급 및 주입하기 위한 삼중수소 공급배관(108)과 용기내의 산소를 완전히 제거하여 진공상태로 만들뿐 아니라 반응이 완료된 후 용기내에 잔류하는 삼중수소를 회수하는 통로 사용하기 위한 진공배기배관(109)이 설치되어 있으며, 그의 하부에는 용기 내부로 정화가스를 공급하기 위한 정화가스 공급배관(107)이 설치되어 있다.

상기 반응용기(101) 내부에는 건식세정빔 발생장치(102)와 시료(삼중수소 저장용 박막)(105)을 위한 시료지지대(106)가 각각 설치되어 있다. 상기 시료지지대(106) 위에는 공기 중에 노출되어 표면이 산화된 시료(삼중수소 저장용 박막)(105)이 놓이게 되며, 건식세정 발생장치(102)는 반응용기(101)의 외부에 있는 건식세정빔 전원 및 제어장치(103)로부터 전원을 공급받고, 상기 시료(105)의 표면에 형성된 산화막을 깎아내는 건식 표면 세정을 위하여 건식세정빔(104), 예를 들면 플라즈마, 이온빔 또는 전자빔을 상기 표면이 산화된 시료(삼중수소 저장용 박막)(105) 표면으로 발생하는 장치이다.

이와 같은 본 발명에 따른 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치를 이용하여 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 공기 중에 노출되어 표면이 산화된 박막선원물질, 즉 시료(삼중수소 저장용 박막)(105)를 반응용기(101) 내의 시료지지대(106) 위에 설치한다. 반응용기(101)의 정화가스 공급배관(107)을 통해서 정화가스를 공급하고, 진공배기배관(109)으로 진공배기하는 과정을 반복하여 용기 내 산소를 완전히 제거한 후 진공상태에서 건식세정빔 발생장치(102)로부터, 플라즈마, 이온빔 또는 전자빔을 발생시켜 상기 시료(105) 표면의 산화막을 깎아낸다. 산화막이 완전히 제거되면 고진공을 유지한 상태에서 삼중수소 공급배관(108)을 통해서 삼중수소를 공급하고, 산화막이 제거된 시료(105)와 반응시킨다.

이때, 삼중수소 저장용 박막(105) 표면에 산화막이 없어졌기 때문에 활성화 등의 과정이 필요없이 삼중수소와 박막을 즉시 반응시킬 수 있게 되며, 반응이 완료되면 잔여 삼중수소를 진공배기배관(109)을 통하여 회수함으로써 박막형 삼중수소 고체선원의 제조가 완료된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 응용 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예 및 응용 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 ---- 반응용기

102 ---- 건식세정빔 발생장치

103 --- 건식세정빔 전원 및 제어장치

104 --- 건식세정빔

105 --- 시료(박막선원)

106 --- 시료지지대

107 --- 정화가스 공급배관

108 --- 삼중수소 공급배관

109 --- 진공배기배관

Claims (4)

1. 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하기 위한 장치에 있어서,

   산화막이 제거된 삼중수소 저장금속의 박막표면을 삼중수소와 반응시켜 삼중수소가 주입된 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하는 반응용기로 이루어져 있되 상기 반응용기는 삼중수소를 공급 및 주입하기 위한 삼중수소 공급배관과 내부의 산소를 완전히 제거하여 진공상태로 만들고 반응 완료 후 잔류하는 삼중수소를 회수하는 통로로 사용하기 위하여 설치된 진공배기배관;

   정화가스를 공급하기 위하여 설치된 정화가스 공급배관; 및

   내부에 표면이 산화된 삼중수소 저장용 박막의 시료가 놓이게 되는 시료지지대 및 외부에 있는 건식세정빔 전원 및 제어장치로부터 전원을 공급받고, 상기 시료의 표면에 형성된 산화막을 건식 표면 세정하기 위하여 건식세정빔을 상기 시료 표면으로 발생하기 위하여 설치된 건식세정빔 발생장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 건식세정빔 발생장치는 전자빔, 플라즈마빔, 이온빔을 발생하는 것을 특징으로 하는 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조장치.
3. 박막형 삼중수소 고체선원을 제조하기 위한 방법에 있어서,

   표면이 산화된 삼중수소 저장용 박막 시료를 반응용기 내에 설치하는 단계;

   상기 반응용기내에 정화가스를 공급하고, 진공배기배관을 통해 진공배기하는 과정을 반복하는 단계;

   진공상태에서 건식세정빔을 발생시켜 상기 시료 표면의 산화막을 표면 세정 방법으로 제거하는 단계;

   반응용기를 고진공 상태로 유지하면서 삼중수소를 공급하고, 산화막이 제거된 시료와 반응시키는 단계; 및

   반응 완료 후 잔여 삼중수소를 진공배기배관을 통하여 회수하는 것을 특징으로 하는 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 건식세정빔은 전자빔, 플라즈마빔, 이온빔인 것을 특징으로 하는 표면 세정 공정을 이용한 박막형 삼중수소 고체선원의 제조방법.

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