KR101069510B1 - 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화없이 삼중수소 고체선원을 제조하는 장치로서 제1실시예는 서로 연결된 삼중수소 저장금속의 분말 또는 박막 제조용기와 삼중수소 기체와 저장금속의 분말 또는 박막을 반응시키는 반응용기로 구성되는 장치이고, 제2실시예는 삼중수소 저장금속의 분말 또는 박막제조용기에 삼중수소 기체를 공급할 수 있는 배관이 설치되어 있어 분말 또는 박막이 제조된 장치 내에서 외기와의 접촉이 없이 삼중수소와 반응하여 고체선원을 제조할 수 있는 장치이다.
또한 본 발명은 이 장치들을 사용하여 삼중수소 고체선원을 제조하는 방법인 것이다.
삼중수소, 고체선원, 저장금속, 티타늄, 일체형, 분리형

Description

산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조장치 및 제조방법{A manufacturing apparatus and method preventing oxidation of tritium source for the production of solid tritium source for tritium batteries}
본 발명은 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 삼상수소 저장금속의 분말 또는 박막을 제조하고 외기가 차단된 상태에서 삼상수소 반응용기로 이동시킴으로써 산소나 수분과의 접촉을 방지하거나, 저장금속의 분말 또는 박막을 제조한 용기 내에서 그 분위기를 유지한 채 삼상수소를 주입하여 산소나 수분과의 접촉이 일어나지 않도록 하여 저장금속의 산화를 방지한 채로 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조할 수 있는 장치와 그 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 같 이 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 산소와 저장금속의 접촉을 원천적으로 차단하여 삼중수소 저장금속의 산화없이 삼중수소와 저장금속을 반응시켜서 고체선원을 제조할 수 있는 장치와 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 삼중수소 고체선원 제조장치는 삼중수소 저장금속을 제조하기 위한 용기; 상기 저장금속 제조용기와 분리되어 있는, 삼중수소 기체와 상기 저장금속을 반응시키기 위한 용기; 상기 저장금속을 외부에 노출시키지 않고 밀봉된 상태로 이동시킬 수 있도록 상기 두 용기를 연결하고 있는 통로; 및 상기 통로에 설치되어 있으며, 필요에 따라 상기 두 용기의 연결을 차단하기 위한 차단체가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조 장치는 삼중수소 저장금속을 제조하고, 그 내부로 공급되는 삼중수소 기체와 외기와의 접촉없이 반응하여 고체선원을 제조하는 용기; 및 상기 저장금속 제조 및 고체선원을 제조하는 용기에 일체로 연결되어 있으며, 삼중수소 기체를 공급할 수 있는 배관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조방법은 삼중수소 기체와 반응하는 반응용기와의 통로를 차단한 상태하에 저장금속의 제조용기 내에서 저장금속을 제조하는 단계; 상기 용기들의 내부를 공히 10-6 토르 이상의 고진공으로 진공배기하는 단계; 상기 통로를 개방하여 상기 제조용기 내의 저장금속을 반응용기로 이동시키는 단계; 상기 이동이 완료된 후에 상기 통로를 다시 차단하는 단계; 상기 반응용기 내에 삼중수소 기체를 주입하여 저장금속과 반응시켜 삼중수소 고체선원을 제조하는 단계; 및 상기 반응용기 내의 잔여 삼중수소를 진공배기하여 회수하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 저장금속 분말 또는 박막을 제조한 후 이들을 산소 또는 수분이 포함된 외기에 접촉시키지 않고, 삼중수소 기체와 반응시킬 수 있어 고체선원에 산소가 포함되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 활성화 과정이 불필요하게 되어 박막이 코팅된 반도체의 특성이 손상되는 등의 부작용도 발생하지 않게 된다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고 체선원의 제조장치는, 삼중수소 저장금속의 분말 또는 박막제조용기; 삼중수소 기체와 저장금속(분말 또는 박막)을 반응시키는 반응용기; 상기 저장금속을 외부에 노출시키지 않고 밀봉된 상태로 이동시킬 수 있도록 상기 두 용기를 연결하고 있는 통로; 상기 통로에 설치되어 있으며 필요에 따라 두 용기를 차단시킬 수 있는 밸브와 같은 차단체로 구성되어 있으며, 상기 통로를 통하여 밀봉을 유지하면서 저장금속을 반응용기로 이동시켜서 저장금속의 산화없이 삼중수소 고체선원을 제조하는 장치인 것이다.
본 발명의 제 2실시예는 삼중수소 저장금속을 제조하고, 그 내부로 공급되는 삼중수소 기체와 외기와의 접촉없이 반응하여 고체선원을 제조하는 용기; 및
상기 저장금속 제조 및 고체선원을 제조하는 용기에 일체로 연결되어 있으며, 삼중수소 기체를 공급할 수 있는 배관으로 구성되어 있는 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조장치인 것이다.
상기 용기에 있어서 분말 제조용기는 전기폭발법(pulsed wire evaporation) 장치 등을 포함하는 분말의 산화가 일어나지 않는 장치인 분말제조용기이며, 박막제조용기는 반도체 등의 표면에 금속박막을 코팅하는 용기로서 화학증착(CVD), 물리증착(PVD), 원자층증착(ALD) 등의 방법을 사용하는 박막 표면의 산화가 일어나지 않는 장치인 박막제조용기인 것이다.
본 발명에 따른 삼중수소 고체선원의 제조장치를 이용하여 삼중수소 고체선원을 제조하는 방법은 다음과 같다.
삼중수소 기체와 반응하는 반응용기와의 통로를 차단한 상태하에 저장금속의 제조용기 내에서 저장금속을 제조하는 단계; 상기 용기들의 내부를 공히 10-6 토르 이상의 고진공으로 진공배기하는 단계; 상기 통로를 개방하여 상기 제조용기 내의 저장금속을 반응용기로 이동시키는 단계; 상기 이동이 완료된 후에 상기 통로를 다시 차단하는 단계; 상기 반응용기 내에 삼중수소 기체를 주입하여 저장금속과 반응시켜 삼중수소 고체선원을 제조하는 단계; 및 상기 반응용기 내의 잔여 삼중수소를 진공배기하여 회수하는 단계로 이루어진다.
이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조장치의 개략도로서, 저장금속의 분말 또는 박막제조용기(101)와 삼중수소화물의 제조를 위한 저장금속과 삼중수소와의 반응용기(110)가 분리되어 있는 분리형 무산소 고체선원 제조장치를 나타낸 것이다.
저장금속의 분말 또는 박막제조용기(101)는 금속분말이나 금속박막을 제조하는 이미 상용화된 장치이며, 다만 종래와 다른점은 삼중수소 고체선원물질을 제조하는 반응용기(110)와 연결될 수 있도록 시료이송통로(103)가 부착될 수 있는 연결부가 있다는 점이다.
금속분말을 제조하는 장비로는 전기폭발법을 사용하는 장비를 들 수 있으며, 금속박막을 제조하는 설비는 화학증착법(CVD), 물리증착법(PVD), 원자층 증착법(ALD) 등을 사용하는 제조장비 들을 들 수 있다. 이 장비는 기밀을 유지할 수 있 는 시료이송통로(103)를 통하여 삼중수소 기체와 저장금속과의 반응용기(110)와 연결되어 있으며, 삼중수소와의 반응 시 삼중수소가 저장금속의 제조용기(101)로 확산되어 들어가는 것을 방지할 수 있도록 고진공에서도 견딜 수 있는 차단체(106)에 의해 차단될 수 있도록 제작되어 있다.
제1실시예에 따른 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조장치를 이용하여 삼중수소 고체선원을 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저 금속박막 또는 분말을 만드는 원료물질(금속 타겟 또는 금속을 포함하는 원료화합물) 등을 저장금속의 제조용기(101) 내의 상부지지대(104) 위에 설치 후 분말의 경우에는 시료를 담을 용기, 박막의 경우에는 박막을 코팅할 소재를 하부지지대(102) 위에 설치하고, 하부지지대(102)과 시료이송라인(105)이 서로 연결되도록 한다.
연결이 끝나면 정화 가스를 공급 배관(107)을 통해서 공급하여 내부를 정화하고, 진공배기배관(108)을 통하여 진공배기를 반복하여 내부의 산소를 완전히 제거하고, 고진공상태로 만든 후 분말 또는 박막의 제조를 한다.
이때 시료이송통로(103)는 밸브와 같은 차단체(106)에 의해 차단되어 있어야 한다. 저장금속의 분말 또는 박막의 제조 후 삼중수소 기체와 저장금속의 반응용기(110)도 정화 가스 공급 배관(107)과 진공배기배관(108)을 통해서 정화하고, 진공배기를 완료한 후 차단체(106)를 개방하여 제조된 시료를 반응용기(110)로 이송한 후 다시 차단체(106)를 닫는다.
이 상태에서 삼중수소 공급배관(109)를 통하여 삼중수소를 공급하게 되면 산 화막이 생성되지 않았기 때문에 활성화 등의 과정이 필요없이 삼중수소와 선원물질을 즉시 반응시키게 된다. 반응이 완료되면 잔여 삼중수소를 진공배기배관(108)을 통하여 회수하게 되면 삼중수소 고체선원의 제조가 완료된다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조장치의 개략도로서, 일체형 무산소 고체선원 제조장치를 나타낸 것이다.
저장금속 분말 또는 박막제조용기(201)는 금속분말이나 금속박막을 제조하는 이미 상용화된 장치이다. 다만 차이점은 삼중수소가 공급될 수 있도록 삼중수소 공급배관(206)이 설치되어 있다는 점이다.
금속분말 제조장비로는 전기폭발법을 사용하는 장비를 들 수 있으며 금속박막을 제조하는 설비는 화학증착법(CVD), 물리증착법(PVD), 원자층증착법(ALD) 등을 사용하는 제조장비들을 들 수 있다. 이 장치를 이용한 삼중수소 고체선원을 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저 박막 또는 분말을 만드는 원료물질(금속 타겟 또는 금속을 포함하는 원료화합물)을 저장금속의 분말 또는 박막제조용기(201) 내의 상부지지대(203) 위에 설치한 후 분말의 경우에는 시료를 담을 용기, 박막의 경우에는 박막을 코팅할 소재를 하부지지대(202) 위에 설치한다.
설치가 끝나면 정화 가스를 공급 배관(204)을 통해서 공급하여 내부를 정화하고, 진공배기배관(205)을 통하여 진공배기를 반복하여 내부의 산소를 완전히 제거하고 고진공상태로 만든 후 분말 또는 박막을 제조한다.
분말 또는 박막의 제조 후 고진공 상태에서 삼중수소 공급배관(206)를 통하여 삼중수소를 공급하게 되면 산화막이 생성되지 않았기 때문에 활성화 등의 과정이 필요없이 삼중수소와 저장금속이 즉시 반응하게 된다. 반응이 완료되면 잔여 삼중수소를 진공배기배관(205)을 통하여 회수하게 되면 삼중수소고체선원의 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 발명의 제1실시예에 따른 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조장치의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 ---- 저장금속의 분말 또는 박막제조용기
110 ---- 저장금속과 삼중수소와의 반응용기
103 ---- 시료이송통로
106 ---- 차단체
104 ---- 상부지지대
105 ---- 시료이송라인
107 ---- 정화 가스 공급 배관
108 --- 진공배기배관
109 ---- 삼중수소 공급배관
201 ---- 저장금속 분말 또는 박막제조용기
202 ---- 하부지지대
203 ---- 상부지지대
204 ---- 정화 가스 공급 배관
205 ---- 진공배기배관
206 ---- 삼중수소 공급배관

Claims (4)

  1. 삼중수소 저장금속을 제조하기 위한 용기;
    상기 저장금속 제조용기와 분리되어 있는, 삼중수소 기체와 상기 저장금속을 반응시키기 위한 용기;
    상기 저장금속을 외부에 노출시키지 않고 밀봉된 상태로 이동시킬 수 있도록 상기 두 용기를 연결하고 있는 통로; 및
    상기 통로에 설치되어 있으며, 상기 두 용기의 연결을 차단하기 위한 차단체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 저장금속은 분말 또는 박막인 것을 특징으로 하는 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원 제조장치.
  4. 삼중수소 기체와 반응하는 반응용기와의 통로를 차단한 상태하에 저장금속의 제조용기 내에서 저장금속을 제조하는 단계;
    상기 용기들의 내부를 공히 10-6 토르 이상의 고진공으로 진공배기하는 단계;
    상기 통로를 개방하여 상기 제조용기 내의 저장금속을 반응용기로 이동시키는 단계;
    상기 이동이 완료된 후에 상기 통로를 다시 차단하는 단계;
    상기 반응용기 내에 삼중수소 기체를 주입하여 저장금속과 반응시켜 삼중수소 고체선원을 제조하는 단계; 및
    상기 반응용기 내의 잔여 삼중수소를 진공배기하여 회수하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화를 방지하는 삼중수소 전지용 삼중수소 고체선원의 제조방법.
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