B e s c h r e i b u n g 6Li-haltige Konverterfolie für Neutronendetektor und Verfahren zu ihrer HerstellungDescription 6 Li-containing converter film for neutron detector and process for its production
Die Erfindung betrifft eine Konverterfolie für einen Neutronendetektor und ein Verfahren zu ihrer Herstel- lung .The invention relates to a converter film for a neutron detector and a method for its production.
Bekannt sind ortsauflösende Neutronendetektoren als Vieldrahtkammern mit He-Gasfüllung oder als Szintilla- tions-Detektoren nach dem Anger-Kamera-Prinzip . Mit derartigen Neutronendetektoren werden eine vertretbare Nachweiswahrscheinlichkeit und eine angemessene Ortsauflösung erzielt .Spatially resolving neutron detectors are known as multi-wire chambers with He gas filling or as scintillation detectors based on the Anger camera principle. With such neutron detectors, an acceptable detection probability and an appropriate spatial resolution are achieved.
Thermische Neutronen werden indirekt durch Absorption nachgewiesen, wobei ionisierende Reaktionsprodukte entstehen. Mögliche Absorber sind die Isotope 3He, 6Li, 10B, 235U und 157Gd, bei denen als Reaktionsprodukte Ionen der leichten Isotope 3H, 4He, 7Li, bzw. von Spaltprodukten des Urans freigesetzt werden oder ein Konversionselektron entsteht. Dabei werden Energien im MeV- Bereich deponiert .Thermal neutrons are indirectly detected by absorption, producing ionizing reaction products. Possible absorbers are the isotopes 3 He, 6 Li, 10 B, 235 U and 157 Gd, in which ions of the light isotopes 3 H, 4 He, 7 Li or of fission products of uranium are released as reaction products or a conversion electron is formed. Energy in the MeV area is deposited here.
Eine Spaltkammer weist hierzu eine mit dem Isotop 235U dünn beschichtete Wand auf. Das Isotop absorbiert die thermischen Neutronen. Die erzeugten Spaltprodukte deponieren ein Teil ihrer hohen freigesetzten Energie von etwa 200 MeV im Gas und erzeugen dort Ionenpaare, die
im angelegten elektrischen Feld zu vorhandenen Elektroden driften und dabei Ladungen auf den Elektroden in- fluenzieren.For this purpose, a gap chamber has a wall thinly coated with the 235 U isotope. The isotope absorbs the thermal neutrons. The fission products generated deposit part of their high released energy of around 200 MeV in the gas, where they generate ion pairs drift to existing electrodes in the applied electrical field and thereby influence charges on the electrodes.
Nachteilig werden thermische Neutronen hiermit nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit absorbiert.It is disadvantageous that thermal neutrons are only absorbed with very little probability.
In 3He- und 10BF3-Zählrohren geschieht der Nachweis mit hoher Wahrscheinlichkeit direkt durch die Bildung von Elektronen und Ionen im Gas mit nachfolgender Elektronen-Avalanche am Anodendraht . Nachteilig werden hohe Anforderungen an die Reinheit der Zählkammer und an die Sicherheit gestellt, da die Detektion bei bis zu 10 atm Überdruck erfolgt.In 3 He and 10 BF 3 counter tubes, the detection is most likely to be made directly by the formation of electrons and ions in the gas with subsequent electron avalanche on the anode wire. High demands are placed on the purity of the counting chamber and on safety, since the detection takes place at up to 10 atm overpressure.
Indirekt verläuft der Nachweis thermischer Neutronen über die Emission von Szintillationslicht, das in 6Li- bzw. 10B-haltigen Szintillatoren durch Neutronenabsorption entsteht. Die Detektion des Lichts erfolgt dann mit Photomultipliern.The detection of thermal neutrons is indirect through the emission of scintillation light, which is generated in 6 Li or 10 B-containing scintillators by neutron absorption. The light is then detected using photomultipliers.
Für spezielle Anforderungen weist man die Neutronen dadurch nach, dass ein Teil der Energie eines Reaktions- nukleons in der Sperrzone eines p-n-Halbleiters deponiert und dadurch detektiert wird.For special requirements, the neutrons are detected by depositing part of the energy of a reaction nucleon in the blocking zone of a p-n semiconductor and thereby detecting it.
Die genannten Detektionsprinzipien sind für Flächendetektoren mit ein- oder zweidimensionaler Ortsauflösung verwendet worden.The detection principles mentioned have been used for surface detectors with one- or two-dimensional spatial resolution.
Aus DE 195 32 415 AI ist ein Neutronendetektor mit einer 6Li-haltigen Konverterfolie zur Konvertierung von Neutronen in ionisierende Strahlung und nachgelagerter
Detektion thermischer oder subthermischer Neutronen bekannt . Neutronen werden in 6LiF-Konverterfolien einer Ionisationskammer absorbiert. Die Neutronenabsorption durch das 6Li-Isotop verläuft nach der Reaktionsglei- chung : x 0n + 6 3Li -_ 3ιH + 2He + 4 , 78 MeV .From DE 195 32 415 AI is a neutron detector with a 6 Li-containing converter film for converting neutrons into ionizing radiation and downstream Detection of thermal or sub-thermal neutrons is known. Neutrons are absorbed in 6 LiF converter foils in an ionization chamber. The neutron absorption by the 6 Li isotope follows the reaction equation: x 0 n + 6 3 Li -_ 3 ιH + 2 He + 4.78 MeV.
Das leichtere Reaktionsnukleon erhält den größeren Energieanteil von 2,73 MeV. Das schwerere Heliumisotop 2,05 MeV. Die weitaus größere Reichweite hat damit das leichtere 3 xH-Nukleon.The lighter reaction nucleon receives the greater energy share of 2.73 MeV. The heavier helium isotope 2.05 MeV. The lighter 3 x H nucleon thus has a much greater range.
Nachteilig werden hierzu eine Vielzahl hintereinander angeordneter, etwa 30 μM dünner sLiF-Konverterfolien benötigt, um thermische Neutronen effizient, das heißt mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 70 % zu stoppen.A plurality of consecutively arranged, approximately 30 microns thinner s LiF converter foils this disadvantage are needed to efficiently thermal neutrons, that is to stop with a probability of about 70%.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Konverterfolie bereit zu stellen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit thermische Neutronen absorbiert und mit der bei einfachem Aufbau große Detektorflächen gebildet werden können.The object of the invention is to provide a converter film which is highly likely to absorb thermal neutrons and which can be used to form large detector areas with a simple structure.
Die Aufgabe wird durch eine Konverterfolie gemäß Haupt- anspruch gelöst und durch ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Nebenanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Patentansprüchen.The object is achieved by a converter film according to the main claim and by a method for its production according to the secondary claim. Advantageous configurations result from the patent claims referring to them.
Das Ausgangsmaterial der Konverterfolie besteht aus me- chanisch stabilisierter 6Li-haltiger Folie.
Die Konverterfolie kann z. B. durch eine gerüstartige Vorrichtung, insbesondere durch eine geeignete siebartige Vorrichtung stabilisiert sein.The starting material of the converter foil consists of mechanically stabilized 6 Li-containing foil. The converter film can e.g. B. be stabilized by a scaffold-like device, in particular by a suitable sieve-like device.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, große Detektor- Flächen zu bilden. Der Anteil am Isotop 6Li kann dabei hoch gewählt werden. Es kann sogar reines, metallisches 6Li als Ausgangsmaterial verwendet werden, um im Detektorbetrieb besonders effektiv thermische Neutronen zu absorbieren. Die Herstellung einer Konverterfolie aus reinem, etwa 96%-igem metallischem 6Li war bisher nicht möglich, da dieses zu weich für eine großflächige Verarbeitung ist.This measure makes it possible to form large detector areas. The proportion of the 6 Li isotope can be chosen to be high. Pure, metallic 6 Li can even be used as the starting material in order to absorb thermal neutrons particularly effectively in detector operation. The production of a converter film from pure, approximately 96% metallic 6 Li was previously not possible, since this is too soft for large-area processing.
Eine Konverterfolie aus metallischem 6Li kann vorteilhaft durch die Stabilisierung so dünn ausgeführt wer- den, dass die 3H-Reaktionsprodukte mindestens noch 1 MeV im Gasraum deponieren können.A converter foil made of metallic 6 Li can advantageously be made so thin due to the stabilization that the 3 H reaction products can deposit at least 1 MeV in the gas space.
Bei einer Konverterfolie aus reinem δLi ist eine Deckschicht, die für den chemischen Schutz sorgt, notwendig. Die Schutzschicht ist dann an ihrer Oberfläche leitend. Bei der Herstellung einer Konverterfolie aus reinem 6Li wird auf Grund der Reaktivität unter einer Schutzgasatmosphäre gearbeitet.In the case of a converter film made of pure δ Li, a cover layer that provides chemical protection is necessary. The protective layer is then conductive on its surface. When converting from pure 6 Li, the reactivity is carried out in a protective gas atmosphere.
Im Falle von 6LiF als Ausgangsmaterial für die Konverterfolie sind diese Vorsichtsmaßnahmen nicht erforder- lieh. Da sLiF aber isolierend wirkt, muss bei dessenIn the case of 6 LiF as the starting material for the converter film, these precautionary measures are not necessary. But since s has an insulating LiF, has at its
Verwendung als Konverterfolie bei der Herstellung eine leitende Beschichtung aufgebracht werden, die die elektrische Funktion der Konverterfolie als Kathode sicherstellt .
Die Oberfläche des 6Li-haltigen Materials der erfindungsgemäßen Konverterfolie weist vorteilhaft zu den genannten Zwecken eine dünne Metallschicht auf. Die Metallschicht kann AI, Cu, Ti, Cr, Ag und / oder Au um- fassen. Sie wirkt beschützend vor chemischer Reaktion mit Luft und den Ionisationsgasen und / oder gewährleistet gegebenenfalls die Leitfähigkeit der Folie. Die Metallschicht ist so dünn, dass in ihr im Betrieb des Neutronendetektors nicht mehr als 0,1 MeV des 3 E depo- niert wird.Use as a converter film in the manufacture of a conductive coating that ensures the electrical function of the converter film as a cathode. The surface of the 6 Li-containing material of the converter film according to the invention advantageously has a thin metal layer for the purposes mentioned. The metal layer can comprise Al, Cu, Ti, Cr, Ag and / or Au. It has a protective effect against chemical reaction with air and the ionization gases and / or, if necessary, ensures the conductivity of the film. The metal layer is so thin that no more than 0.1 MeV of the 3 E is deposited in it during operation of the neutron detector.
Auf der Oberfläche einer 6Li-haltigen Konverterfolie kann z. B. eine dünne mit einem Metall beschichtete PET-Folie angeordnet sein. PET-Folien, die beidseitig mit Aluminium beschichtet sind, sind vorteilhaft be- reits kommerziell erhältlich.On the surface of a 6 Li-containing converter film z. B. a thin with a metal coated PET film. PET films coated on both sides with aluminum are advantageously already commercially available.
Eine mechanisch stabilisierte 6LiF-Folie ist selbsttragend und leicht herstellbar.A mechanically stabilized 6 LiF film is self-supporting and easy to manufacture.
Nach der Herstellung reagieren die mechanisch stabilisierten Konverterfolien nicht mit den Gasen der Umge- bung bzw. der Ionisationskammer. Dadurch ist man besonders vorteilhaft im weiteren Umgang mit der Folie nicht beschränkt .After production, the mechanically stabilized converter foils do not react with the surrounding gases or the ionization chamber. As a result, one is particularly advantageously not restricted in further handling of the film.
Die erfindungsgemäße Konverterfolie ist mechanisch so stabil, dass auch größere Flächen von beispielsweise 100 cm2 überspannt werden können. Die Größe ist aber auf diese Angabe keineswegs beschränkt . Vielmehr können noch größere Flächen überspannt werden.
Die Konverterfolie weist eine optimale Dicke auf, das heißt sie absorbiert möglichst viele Neutronen und das bei der Absorption freigesetzte 3ιH- Nukleon (Triton) vermag den Konverter zu durchsetzen und im angrenzenden Gasraum mindestens 1 MeV Energie zu deponieren.The converter film according to the invention is mechanically so stable that even larger areas of, for example, 100 cm 2 can be spanned. However, the size is by no means limited to this specification. Rather, even larger areas can be spanned. The converter film has an optimal thickness, which means that it absorbs as many neutrons as possible and the 3 ιH nucleon (Triton) released during absorption can penetrate the converter and deposit at least 1 MeV energy in the adjacent gas space.
Im metallischen 6Li hat das entstehende 3ιH-Nukleon mit 2,73 MeV eine sehr große Reichweite von etwa 140 μm. In allen anderen Substanzen ist die Reichweite deutlich kürzer. Es deponieren damit 3H-Nukleonen, die unter 45° zur Foliennormale und durch die ganze Folie fliegen noch die Energie von 1 MeV im angrenzenden Gasraum des Detektors. Bei 6LiF liegen ähnliche Verhältnisse vor, wenn die Schichtdicke der Konverterfolie etwa 30 μm beträgt .In the metallic 6 Li, the resulting 3 ιH nucleon with 2.73 MeV has a very large range of about 140 μm. In all other substances the range is significantly shorter. It deposits 3 H nucleons that fly at 45 ° to the film normal and through the entire film still the energy of 1 MeV in the adjacent gas space of the detector. Similar conditions exist for 6 LiF when the layer thickness of the converter film is approximately 30 μm.
Die Konverterfolie ist einerseits mechanisch und anderseits auch chemisch stabil. Das bedeutet, dass die Konverterfolie inert gegenüber Luft und Luf feuchtigkeit ist, was die Detektormontage erleichtert. Die Konverterfolie reagiert auf Grund der Schutzschicht nicht mit den Detektorgasen wie beispielsweise Ar, Xe, CF4 und 2F6.The converter film is mechanically stable on the one hand and also chemically stable on the other hand. This means that the converter film is inert to air and air humidity, which makes it easier to install the detector. Due to the protective layer, the converter film does not react with the detector gases such as Ar, Xe, CF 4 and 2 F 6 .
Eine aus metallischem sLi bestehende Konverterfolie weist eine optimale Dicke von 0,10 mm auf, und ist wegen der chemischen Reaktivität des Lithiums mit Luft durch eine dünne Deckschicht von weniger als 1 μm Dicke beschützt .A converter foil consisting of metallic s Li has an optimal thickness of 0.10 mm and is protected by a thin cover layer of less than 1 μm thickness due to the chemical reactivity of the lithium with air.
Eine aus dem chemisch inerten sLiF bestehende Konverterfolie weist eine optimale Dicke von 0,03 mm auf, wo-
bei eine metallisch leitende dünne Beschichtung an der Oberfläche der Konverterfolie erforderlich ist. Das effizientere Material ist dabei metallisches 6Li .An existing from the chemically inert s LiF converter film has an optimal thickness of 0.03 mm, WO with a metallic conductive thin coating on the surface of the converter film is required. The more efficient material is metallic 6 Li.
Die Konverterfolie ist immer auf beiden Seiten ihrer Oberfläche elektrisch leitend, weil sie die Kathode einer Ionisationskammer eines Neutronendetektors bildet. In einem Neutronendetektor sind der Kathode gegenüberliegend auf beiden Seiten elektrisch leitende Sammel- elektroden als Anode der Ionisationskammer des Neutro- nendetektors angeordnet.The converter film is always electrically conductive on both sides of its surface because it forms the cathode of an ionization chamber of a neutron detector. In a neutron detector, opposite the cathode, electrically conductive collecting electrodes are arranged on both sides as the anode of the ionization chamber of the neutron detector.
Mehrere Konverterfolien können in einem Neutronendetektor mit Sammelelektroden hintereinander angeordnet werden, um die Absorptionswahrscheinlichkeit der zu detek- tierenden Neutronen zu erhöhen. Drei Konverterfolien aus reinem 6Li mit 100 μm Dicke sind erforderlich, um mit 70% Wahrscheinlichkeit thermische Neutronen zu stoppen.Several converter foils can be arranged in series in a neutron detector with collecting electrodes in order to increase the probability of absorption of the neutrons to be detected. Three converter foils made of pure 6 Li with a thickness of 100 μm are required to stop thermal neutrons with a 70% probability.
Etwa sechs 6LiF-Konverterfolien mit einer Dicke von 30 μm sind erforderlich, um thermische Neutronen mit 70 % Wahrscheinlichkeit zu absorbieren.About six 6 LiF converter foils with a thickness of 30 μm are required in order to absorb thermal neutrons with a 70% probability.
In Tabelle 1 sind für 6Li und 6LiF die Werte zur Massendichte p, zur Atomdichte nLi, zur l/e-Absorptions- länge L1/e für Neutronen der Wellenlänge λ=0,2 nm bei 100% 6Li-Anreicherung und zur Spurlänge Ri für das bei der Neutronenabsorption gebildete 2,73 MeV 3ιH-Nukleon, bei dem die Restenergie von 1 MeV erreicht ist, angegeben.
In Table 1 are for 6 and Li 6 LiF the values p to the mass density, the atomic density n i L, length to l / e Absorption L 1 / e for neutrons of wavelength λ = 0.2 nm at 100% 6 Li Enrichment and to the track length Ri for the 2.73 MeV 3 ιH nucleon formed during neutron absorption, at which the residual energy of 1 MeV is reached.
Die Tabelle zeigt, dass 6LiF effektiver Neutronen absorbiert als metallisches sLi, dass die angegebene Reichweite des 3H-Nukleons im 6LiF aber deutlich kürzer ist als in metallischem sLi . Daher ist letztlich das 6Li das effizientere Absorptionsmaterial für thermische Neutronen.The table shows that 6 LiF absorbs neutrons more effectively than metallic s Li, but that the specified range of the 3 H nucleon in 6 LiF is significantly shorter than in metallic s Li. Therefore, 6 Li is ultimately the more efficient absorption material for thermal neutrons.
Das Verfahren zur Herstellung der Konverterfolie sieht vor, als 6Li-haltiges Ausgangsmaterial metallisches sLi oder pulverförmiges 6LiF zu wählen und in eine gerüst- artige Vorrichtung einzubringen. Als Vorrichtung kann insbesondere ein Edelstahlsieb vorgesehen sein. Das Ausgangsmaterial kann beispielsweise in die Vorrichtung gewalzt oder gestrichen werden.The process for producing the converter film provides to choose than 6 Li-containing starting material metallic Li s or powdered 6 LiF and contribute in a scaffold-like device. A stainless steel sieve can in particular be provided as the device. The starting material can, for example, be rolled or coated into the device.
Die gerüstartige Vorrichtung weist einen Lochanteil von etwa 90 % auf. Die Vorrichtung verringert die Neutronenabsorption demnach um maximal 10% gegenüber einer Konverterfolie aus reinem Ausgangsmaterial und der Anteil an gestörten Spuren von 3H-Nukleonen beträgt etwa 5%.
Bei metallischem 6Li wird das Metall unter einer Schutzgasatmosphäre in die Vorrichtung, insbesondere das engmaschige Metallsieb eingewalzt. Dadurch wird die Kontamination der Konverterfolie mit Sauerstoff und Wasserdampf im ppm Bereich gehalten. Als Schutzgas wird vorteilhaft Argon verwendet.The framework-like device has a hole percentage of approximately 90%. The device accordingly reduces the neutron absorption by a maximum of 10% compared to a converter film made of pure starting material and the proportion of disturbed traces of 3 H nucleons is approximately 5%. In the case of metallic 6 Li, the metal is rolled into the device, in particular the close-meshed metal screen, under a protective gas atmosphere. This keeps the contamination of the converter film with oxygen and water vapor in the ppm range. Argon is advantageously used as the protective gas.
Bei metallischem 6Li als Ausgangsmaterial für die Kon- verterrfolie kann für den ersten Walzschritt Talkum und/oder Paraffin oder ein anderes geeignetes, das heißt die Haftung des 6Li an der Walze verminderndesIn the case of metallic 6 Li as the starting material for the converter film, talc and / or paraffin or another suitable one, ie reducing the adhesion of the 6 Li to the roll, can be used for the first rolling step
Schmiermittel verwendet werden, mit dem die Walze ein- geschmiert wird. Dadurch wird ein Verkleben der Walze verhindert .Lubricant can be used to lubricate the roller. This prevents the roller from sticking.
Auf Grund der optimalen Schichtdicke der Absorberfolie aus metallischen 6Li von nur 100 μm benötigen entsprechende Konverterfolie dieser Dicke eine mechanische Stabilisierung, die sowohl die Absorption von Neutronen als auch die im Lithium gebildeten Spuren energiereicher 3H-Nukleonen wenig stören. Da metallisches Lithium heftig mit Sauerstoff und Wasserdampf sowie mit den möglichen Detektorgasen CF4 und C2F6 reagiert, wird die Oberfläche der Konverterfolie mit einer Abdeckung, insbesondere einer Metallschicht beschützt. Die Abdeckung ist gasdicht, hinreichend dünn und elektrisch leitend. Dadurch, wirkt sie dauerhaft, und es wird in ihr wenig Energie des 3H-Nukleons deponiert. Die Konverterfolie bildet eine Elektrode einer Ionisationskammer.
Mit derartigen Konverterfolien ist man bei der Herstellung des Neutronendetektors flexibel, da der Schutz auch außerhalb des Neutronendetektors gegeben ist .Due to the optimal layer thickness of the absorber foil made of metallic 6 Li of only 100 μm, corresponding converter foils of this thickness require mechanical stabilization, which both disturb the absorption of neutrons and the traces of high-energy 3 H nucleons formed in lithium. Since metallic lithium reacts violently with oxygen and water vapor as well as with the possible detector gases CF 4 and C 2 F 6 , the surface of the converter film is protected with a cover, in particular a metal layer. The cover is gas-tight, sufficiently thin and electrically conductive. As a result, it has a permanent effect and little energy of the 3 H nucleon is deposited in it. The converter film forms an electrode of an ionization chamber. With such converter foils, one is flexible in the manufacture of the neutron detector, since protection is also provided outside the neutron detector.
Im weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungs- beispielen und der beigefügten Figuren näher beschrieben.The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments and the attached figures.
Fig. 1 zeigt ein Edelstahlsieb als Vorrichtung zur Stabilisierung für metallisches sLi oder sLiF. Zur Stabilisierung von sLi-Folien weist das Metallsieb eine Di- cke von 100 μm und von 6LiF-Pulverpasten eine Dicke von 30 μm auf .Fig. 1 shows a stainless steel screen as a device for stabilization for metallic s Li or s LiF. To stabilize s Li foils, the metal sieve has a thickness of 100 μm and 6 LiF powder pastes has a thickness of 30 μm.
Fig . 2 zeigt Stopping Power Werte S in der Einheit MeV je mgcπf2 in Abhängigkeit von der Materialbelegung und der* Energie des 3χH-Nukleonen (Triton) , berechnet mit dem TRIMM Code für einige Materialien der Konverterfolie .Fig. 2 shows stopping power values S in the unit MeV per mgcπf 2 as a function of the material occupancy and the * energy of the 3 χH nucleon (Triton), calculated with the TRIMM code for some materials of the converter film.
Herstellung von Konverterfolie aus reinem 6Li : 1. Die mechanische Stabilisierung wird durch ein engmaschiges Metallsieb von 100 μm Dicke erreicht. Das Sieb besteht aus einem Lochgitter mit 2mm x 2mm Löchern und 0,2 mm schmalen Stegen (Fig. 1) . Spuren von 3H-Nukle- onen, die im Abstand von weniger als 100 μm vom Lochrand entstehen, können gestört werden, so dass eventuell weniger als 1 MeV im angrenzenden Gas deponiert wird. Mit den in Fig. 1 angegebenen Maßen verringert das Sieb die Neutronenabsorption um etwa 10% und der Anteil an gestörten Spuren von 3H-Nukleonen beträgt etwa 5% .
Eine Metallwalze, wie sie von Goldschmieden benutzt wird, wurde hierzu in eine Glove-Box eingeschleust, um damit unter Schutzgas Lithiumbröckchen in das Sieb zu walzen und dadurch die 100 μm Folie herzustellen.Production of converter foil from pure 6 Li: 1. The mechanical stabilization is achieved by a close-meshed metal sieve with a thickness of 100 μm. The sieve consists of a perforated grid with 2mm x 2mm holes and 0.2mm narrow webs (Fig. 1). Traces of 3 H nucleons that are formed at a distance of less than 100 μm from the edge of the hole can be disturbed, so that less than 1 MeV may be deposited in the adjacent gas. With the dimensions indicated in FIG. 1, the sieve reduces the neutron absorption by approximately 10% and the proportion of disturbed traces of 3 H nucleons is approximately 5%. A metal roller, such as that used by goldsmiths, was introduced into a glove box in order to roll lithium blocks into the sieve under protective gas and thereby produce the 100 μm film.
Die Haftung der gewalzten 6Li-Folien an den Walzrollen wurde mit Talkum-Pulver als Schmiermittel beim Walzen verhindert. Die in die gewalzten Konverterfolien aus sLi eingedrückte Talkumpulvermenge erwies sich als gering und beeinträchtigte die Stopping Power der 3H- Nukleonen im Lithium nicht. Der Einsatz von flüssigem Paraffin als Schmiermittel war ebenfalls erfolgreich.The adhesion of the rolled 6 Li foils to the rolling rolls was prevented with talcum powder as a lubricant during rolling. The amount of talcum powder pressed into the rolled converter foils from s Li proved to be low and did not impair the stopping power of the 3 H nucleons in the lithium. The use of liquid paraffin as a lubricant was also successful.
Der letzte Walzschritt besteht darin, das 6Li in das Sieb einzuwalzen. Auch aufgrund des spitzwinkligen Kantenprofils der Löcher, das bei der Ätzung der Löcher entsteht, ist die Einbettung beständig.The last rolling step is to roll the 6 Li into the screen. The embedding is also permanent due to the acute-angled edge profile of the holes, which is formed during the etching of the holes.
Für die Abdeckung der Oberfläche der 100 μm Folie wurden zwei Verfatiren erprobt .Two variants were tested to cover the surface of the 100 μm film.
Es wurde eine kommerziell erhältliche, 6 μm dünne PET- Folie, die beidseitig mit -20 nm Aluminium beschichtet ist und einen Oberflächenwiderstand von 1,5Ω hat, mit einem Zweikomponentenkleber auf das 6Li aufgeklebt . Die Konverterfolie wird dadurch gegen Reaktionen mit 02 und H20 während der Detektormontage und gegen Reaktionen mit den Detektorgasen z. B. CF4 oder C2F6 im Detektorbe- trieb beschützt .A commercially available, 6 μm thin PET film, which is coated on both sides with -20 nm aluminum and has a surface resistance of 1.5Ω, was glued to the 6 Li with a two-component adhesive. The converter film is thereby against reactions with 0 2 and H 2 0 during the detector assembly and against reactions with the detector gases z. B. CF 4 or C 2 F 6 protected in detector operation.
Dazu werden die PET-Folien auf Glasplatten gespannt, mit einem Kleber bestrichen und auf die beiden Seiten
der mit dem Sieb stabilisierten sLi-Konverterfolie ge- presst. Den Anpressdruck liefert ein Schraubstock. Um die verbleibende Klebstoffmenge weiter zu reduzieren wird das Folien-Paket auf etwa 60 °C erwärmt.For this purpose, the PET films are stretched on glass plates, coated with an adhesive and on both sides of the sieve s stabilized Li converter foil overall pressed. A vice provides the contact pressure. To further reduce the remaining amount of adhesive, the film package is heated to about 60 ° C.
Die PET-Folie hat ein Gewicht von 0,5 mg/cm2, die zweiseitige Al-Beschichtung hat ein Gewicht von 0,01 mg/cm2. In dieser Schutzschicht vermag das 3ιH-Nukleon gemäß Fig. 2 maximal 0,2 MeV zu deponieren. Für die Klebschichten konnten Gewichte unter 1 mg/cm2 erreicht werden, worin maximal 0,4 MeV vom 3ιH-Nukleon deponiert werden .The PET film has a weight of 0.5 mg / cm 2 , the two-sided Al coating has a weight of 0.01 mg / cm 2 . The 3 1 H nucleon according to FIG. 2 can deposit a maximum of 0.2 MeV in this protective layer. Weights of less than 1 mg / cm 2 could be achieved for the adhesive layers, in which a maximum of 0.4 MeV is deposited by the 3 ιH nucleon.
2. Als Alternative kann in die Glove-Box eine Sputter- kammer eingeschleust werden, in die die mechanisch stabilisierte sLi-Konverterfolie als Substrat eingesetzt wird. Die Sputterkathoden können zu beiden Seiten des Substrats aus Kupfer bestehen. In der Kammer wird ein Plasma gezündet und eine -25 nm dünne Kupferschicht auf der Konverterfolie durch Sputter-Deposition erzeugt. In solch dünnen metallischen Schutzschichten von etwa 0,02 mg/cm2 ist die maximale mögliche Energiedeposition eines 3ιH-Nukleons vernachlässigbar und beträgt nur noch 0,004 MeV.2. As an alternative, in the glove box a sputtering chamber can be introduced, in which the stabilized mechanically s Li converter film is used as the substrate. The sputter cathodes can consist of copper on both sides of the substrate. A plasma is ignited in the chamber and a -25 nm thin copper layer is generated on the converter film by sputter deposition. In such thin metallic protective layers of about 0.02 mg / cm 2 , the maximum possible energy deposition of a 3 ιH nucleon is negligible and is only 0.004 MeV.
Herstellung von Konverterfolie aus pulverigem 6LiF:Production of converter foil from powdery 6 LiF:
Es wird zunächst ein Gemisch aus 6LiF-Pulver und Epoxy- Harz und Härter angerührt .
Zur Stabilisierung wird die Paste in ein engmaschiges 30 μm dickes Metallsieb mit lateralen Abmessungen wie in Fig. 1 angegeben eingestrichen.A mixture of 6 LiF powder and epoxy resin and hardener is first mixed. For stabilization, the paste is spread into a close-meshed 30 μm thick metal sieve with lateral dimensions as indicated in FIG. 1.
Auf beide Seiten der Konverterfolie werden beidseitig Aluminium kaschierte 6μm dicke PET-Folien aufgelegt und im Schraubstock angepresst, bis der Härtungsprozess abgeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Pulverschicht mechanisch stabilisiert, ohne dass dadurch die Spur der 3ιH- Nukleonen gestört wird. Es wird eine Konverterfo- lie mit einer Dicke von etwa 30 μm hergestellt. DieAluminum-coated 6μm PET films are placed on both sides of the converter film and pressed in a vice until the curing process is complete. In this way, the powder layer is mechanically stabilized without disturbing the trace of the 3 ιH nucleons. A converter film with a thickness of approximately 30 μm is produced. The
Schichtoberflächen der Konverterfolie sind beidseitig mit dünnen, elektrisch leitenden Schichten abgedeckt, so dass die 3].H-Nukleonen nur wenig Energie in der Ab- deckschicht deponiert und der Konverter als Elektrode von Ionisationskammern fungieren kann. Der Herstel- lungsprozess ist für Flächen von 100 cm2 und größer geeignet .Layer surfaces of the converter film are covered on both sides with thin, electrically conductive layers, so that the 3 ] . H nucleons deposit little energy in the cover layer and the converter can act as an electrode of ionization chambers. The manufacturing process is suitable for areas of 100 cm 2 and larger.
Derartige Konverterfolien sind zur Absorption thermischer Neutronen besonders geeignet, und setzen 3ιH- Nukleonen frei, die im angrenzenden Gasraum eines Neutronendetektors immer eine Energie von mindestens 1 MeV deponieren.
Such converter foils are particularly suitable for the absorption of thermal neutrons, and release 3 ιH nucleons which always deposit an energy of at least 1 MeV in the adjacent gas space of a neutron detector.