DE1940279A1 - Neutronenerzeugendes tritiumhaltiges Target - Google Patents

Description

Patentanwalt· Dip!.-fng. R. Beetz u. Dfpl.-!ng. Lamprecht 41O-14.834P 7.8.1969

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Commissariat a !'Energie Atomique, Paris !Frankreich)

Neutronenerzeugendes tritiumhaltiges Target

Die Erfindung betrifft ein tritiumhaltiges Target, das durch Beschüß mit einem Strahl von Deuteronen oder Deuteriumatomen schnelle Neutronen gemäß der bekannten

Reaktion T (d, n) He erzeugt»

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 -tritiumhaltigen Beschichtung, die gewohnlich feste Phase genannt wird, infolge des Übergangs des Tritiums in die Gasphase. Diese fortschreitende Verringerung des Tritiumgehalts, die durch den Austausch der Tritiumatome gegen Deuteriuöiatome verursacht wird j die aus dem auffallenden Strahl stammen, führt zu einer Diffusion des Tritium entweder in den passiven Traget· des Targets

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oder in das Beschleunigergefäß, was eine merkliche Ver- ' ' ringerung 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.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neutronenerzeugendes tritiumhaltiges Target anzugeben, durch den die eben genannte Schwierigkeit überwunden wird, indem insbesondere die in der festen Phase eingelagerte Deuteriummenge, die sonst während der Lebensdauer beträchtlich zunimmt, verringert wird.

Ein neutronenerzeugendes Target mit einer Beschichtung aus einem Metalltritid, einem Metallhydrid oder einer Mischung von Hydriden, die eine geeignete Tritiummenge enthalten, und mit einem passiven Träger für die Beschichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung dick genug ist, um eine Verzeögerung der auf das Target auftreffenden Deuteronen zu bewirken, und von dem Träger über eine dünne Zwischensperrschicht getragen ist, die durch ein Metall gebildet ist, das eine langsame Diffusion der Wasserstoffisotope zeigt, und so dick ist, daß die Rückwanderung der Deuteronen von dem Träger zur Beschichtung im gleichen Maß wie die ¥anderung des Tritiumszum Träger verhindert wird. /

Vorteilhafterweise wird die Zwischensperrschicht durch ein Metall wie Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder dergleichen gebildet, in dem die Diffusion der Wasserstoffisotope sehr langsam vor sich geht.

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Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, daß der passive Träger durch ein gut wärmeleitendes, hydridbildendes Metall gebildet wird, das eine schnelle Diffusion der Wasserstoffisotope zeigt, so daß das Deuterium, das die dünne Beschichtung und die Sperrschicht durchwandert hat, zurückbehalten wird.

Eb ist ferner zweckmäßig, daß der Träger durch ein nicht hydridbildendes Metall gebildet wird, das in einem Targethalter montiert ist, der den Träger an seinem Umfang haltert und einen Ringkreislauf für Kühlwasser hat, und daß die zu der Beschichtung entgegengesetzte Fläche des Trägers teilweise einen unter Vakuum stehenden Hohlraum begrenzt, um das Deuterium zu entfernen, das den Träger durchwandert hat.

Eine vorteilhafte Ausbildung- der Erfindung liegt auch darin, daß die zu der Beschichtung entgegengesetzte Fläche durch eine Lösung gekühlt ist, die aus einem Elektrolyten oder einer chemischen Reagenz besteht und die Entfernung des Deuteriums auf elektro-chemischem oder chemischem Wege gewährleistet» Wenn die Lösung durch einen Elektrolyten gebildet wird, dient der Treäger als erste Elektrode und der Targethalter als zweite Elektrode für die Elektrolyse der.Lösung.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert verden. Es zeigent

Fig. 1 und 2 eine Schnittansicht durch zwei Ausführungsbeispiele dee neutronenerzeugenden Targets gemäß der Erfindung, montiert in einem Targethalter·

Ein neutronenerzeugendes tritiumhaltiges Target 1

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hat eine dünne Oberflächenbeschichtung 2, die in irgendeiner Form eine geeignete Tritiuramenge enthält· Die Beschichtung 2 kann insbesondere aus einem Metalltritid wie von Titan, Yttrium, einer seltenen Erde oder dergleichen sowie einem Hydrid oder einer Hydridmischung bestehen. In letzterem Fall ist eine Ausführung besonders vorteilhaft, wie sie in der Anmeldung A 8630/68, eingereicht am 5· September 19-68, beschrieben ist·

Die aktive Beschichtung 2 hat eine solche Dioke, daß sie notwendigerweise eine Abbremsung bis zu einer * Energie von einigen 10 keV der monokinetischen Deuteronen des auf das Target treffenden Strahls vornimmt. Die Beschichtung 2 ist gemäß der Erfindung auf einem passiven Träger 3 über eine Zwischensperrschicht h niedergeschlagen, die eine Diffusionssperre bildet. Die Sperrschicht k besteht aus einem Stoff, in dem die Diffusion der verschiedenen Wasserstoffisotope (Tritium und Deuterium) langsam vor sich geht, zum Beispiel aus'Gold, Silber, Kupfer oder Aluminium· Die Sperrschicht k hat eine solche Dicke, daß die auffallenden Deuteronen, die die tritiumhaltlge Beschichtung 2 durchsetzen und durch diese bereits teilweise abgebremst sind, nur schwach abgebremst werden. Diese Dicke muß andererseits groß genug eein, um eine geeignete Diffusion dieser Deuteronen In den Träger zu erlauben. Insbesondere um deren Rückwanderung in die Beschichtung 2 und ebenso die Wanderung des Tritiums von dieser zum Träger 3 zu verhindern· Vorzügeweise besteht die Sperrschicht h aus einem dÜnnenFilm aus einem der obengenannten Metalle, dessen Dicke größenordnungseäßig 10 Ax g/ea beträgt, um einen befriedigenden Kompromiß zu erreichen»

Bezüglich der Ausbildung des passiven Trägers 0 «ind

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zwei Ausführungsbeispiele besonders vorteilhaft ι je nachdem, ob in dem Träger 3 die durch die Beschichtung 2 und die Sperrschicht k gelangten Deuteronen festgehalten oder im Gegenteil in dem Maße ihres Auftretens an der entgegengesetzt zu der tritiumhaltigen Beschichtung 2 angeordneten' Oberfläche des Trägers entfernt werden sollen.

Im ersten Fall wird der passive Träger 3 vorzugsweise durch ein gut wärmeleitendes und hydridbildendes Metall gebildet, in dem die Diffusion der Deuteronen bei der Betriebstemperatur des Targets schnell vor sich geht. Die Deuteronen oder Deuteriumatome, die die Beschichtung 2 und die Sperrschicht h durchsetzen, dringen auch in den Träger 3 ein und diffundieren durch seine Dicke, so daß in ihm ständig eine Hydridbildung stattfindeto So entwikkelt sich die Zusammensetzung des Trägers während der ganzen Betriebsdauer des Targets, und die notwendige Zeit, um das stabile Hydrid zu bilden, das am wasserstoffreichsten ist, kann trotzdem sehr lang sein, auf jeden Fall bedeutend länger als die Lebensdauer der tritiümhaltigen Beschichtung 2. Manchmal ist es jedoch vorteilhaft, in gewissem Maß die Diffusionsgeschwindigkeit des Deuteriums durch die Sperrschicht h zu verringern, um Deformationen zu vermeiden, die durch die Volumenvergrößerung hervorgerufen werden, die insbesondere ein Lösen der Beschichtung 2 und der Sperrschicht 4 bewirken.

Daher wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das genauer in den Fig. 1 und 2 abgebildet ist, die Konzentration der Deuteriumatome im Träger 3 auf einem Grenzwert gehalten, indem kontinuierlich das Deuterium durch die Fläche 5 des Trägers 3 entfernt wird, die entgegengesetzt zu der Fläche angeordnet ist, an der die Sperrschicht k und die tritiumhalt ige Beschichtung 2 artgeord-* net sindο Zu diesem Zweck ist das Target 1 in einem Tar-

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gethalter montiert, der aus zwei verklebten Stücken 6 und 7 besteht, die zwischen' sich das Target in der Nähe.von dessen Umfang einspannen und mit dessen Rand eine Ringle amme r 8 bilden, die für den Umlauf einer geeigneten Kühlflüssigkeit vorgesehen ist» Die Dichtigkeit zwischen den Stücken 6 und 7 wird durch eine Dichtung 9 gewährleistet. In diesem Ausführungsbeispiel begrenzt die F3äshe 5 des Trägers 3 teilweise mit einem Flansch 10 des Stückes 7 eine Kammer 11, die durch» eine Leitung 12 an eine Vakuumpumpe (nicht abgebildet) angeschlossen ist, die das Auspumpen der Kammer 11 und damit automatisch die Entfernung des Deuteriums erlaubt, das den Träger 3 durchwandert hat ο

Bei einem anderen Äusführungsbeispiel, das in Fig. abgebildet ist, begrenzt das Stück 7 des Targethalters ebenfalls mit der Fläche 5 des Trägers 3 einen Hohlraum 13, der in diesem Fall zur Aufnahme einer flüssigen Lösung vorgesehen ist, die insbesondere eine chemische Reagenz oder ein Elektrolyt sein kann. Im ersten Fall wird das absorbierte Deuterium durch eine chemische Reaktion entfernt, während im zweiten Fall die Entfernung des Deuteriums elektro-chemisch durch Elektrolyse der Lösung vorgenommen .wird, wobei der Träger 3 als eine erste Elektrode dient, während der gegenüberliegende Teil 14 des Targethalters die zweite Elektrode bildet.

In allen Fällen wird ein neutronenerzeugendes Target angegeben, bei dem 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 gewährleistet, wodurch die Gesamtlebensdauer des Targets bedeutend erhöht

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Neutronenerzeugendes Target mit einer Beschichtung aus einem Metalltritld, einem Metallhydrid oder einer Mischung aus Hydriden, die eine geeignete Tritiumraenge enthalten, und mit einem passiven Träger für die Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) dick genug ist, um eine Verzögerung der auf das Target auftreffenden Deuteronen zu bewirken, und von dem Träger (3) über eine dünne Zwischensperrschicht (4) getragen ist, die durch ein Metall gebildet ist, das eine langsame Diffusion der Wasserstoffisotope eeigt, und so dick ist, daß die Rückwanderung der Deuteronen von dem Träger zur Beschichtung im gleichen Maß wie die Wanderung des Tritiums zum Träger verhindert wird*

   2* Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwiechensperrschicht (k) durch Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder dergleichen gebildet is,t.

   3* Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) durch ein gut wärmeleitendes, hydridbildendes Metall gebildet ist, das eine schnelle Diffusion der Wasserstoffisotope zeigt, so daß das Deuterium, das die Beschichtung (2) und die Zwischensperrschicht {k) durchwandert hat, zurückbehalten wird·

   k, Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) durchein nichthydridbildendes Metall gebildet ist, das in einem Targethalter (6, 7) montiert ist, der den Träger an seinem Umfang haltert und einen Ringkreislauf für Kühlwasser hat, und daß die zu der Be-

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   -s-

   schiclitung (2) entgegengesetzte Fläche (5) des Trägers teilweise einen unter Vakuum stehenden Hohlraum (ii) begrenzt, um das Deuterium zu entfernen, das den Träger durchwandert hat (Fig. 1). _ "

   5. Target nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet» daß die zu der Beschichtung (2) entgegengesetzte Fläche (5) des Trägers (3) durch eine Lösung (13) kühlbar ist, die aus einem Elektrolyten oder einer chemischen Reagenz besteht, so daß das Deuterium elektro-chemisch oder chemisch entfernt wird (Fig. 2).

   6. Target nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung aus einem Elektrolyten besteht, zu dessen Elektrolyse der Träger (3) als erste Elektrode und der Targethalter (1Ί) als zweite Elektrode dient (Fig. 2),

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