DE1908144A1

DE1908144A1 - Neutronen-Target

Info

Publication number: DE1908144A1
Application number: DE19691908144
Authority: DE
Inventors: Stark Donald Sutherland
Original assignee: STARK DONALD SUTHERLAND
Current assignee: STARK DONALD SUTHERLAND
Priority date: 1968-02-20
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1969-09-11
Also published as: US3683190A; GB1243262A; DE1908144C3; DE1908144B2; FR2002247A1; NL162241C; NL162241B; NL6902545A

Description

PATENTANWALT

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^Telefon!'⁰²⁷¹1³²⁴⁰>

ΊΠ Π O 1 / / Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen

Cl U Ö I A k Postscheckkonten:

Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

69 044 Kü/A 18.2,1969

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY, 11, Charles II Street, london, .S.W₀1, England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr₀ 8321/68 vom 2O₀ Febr„ 1968 beansprucht.

Neutronen-Target

Kurzbeschreibung der Erfindung

Bei Seltenerde-Neutronen-Targets neigt der hydridisierte Seltenerde-Film /hydrided rare-earth film/ dazu, von der'Metallunterlage wegen der Bildung des spröden Trihydrids abzubröckeln. Durch die vorliegende Erfindung werden Targets geschaffen, bei welchen diese Schwierigkeit vermieden wirdo Bei diesen neuen Targets wird zwischen der Unterlage bzw. dem Träger und dem hydridisierten Seltenerde-Film ein Zwischenfilm aus einem weiteren Metall angeordnet oder ausgebildet, wobei dieses weitere Metall so aus·

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gewählt wird, daß es leicht in das Metall des ersterwähnten Films unter Festzustandsbedingungen diffundiert und eine feste Lösung oder Verbindung damit bildet sowie gut an der Unterlage haftet und schließlich, dünn genug ist, um die Absorption von Wasserstoff durch, den ersterwähnten SiIm durch Schwächung bzw. Verdünnung des ersterwähnten Films nicht wesentlich zu reduzieren. Geeignete Zwisehenfilme schließen Mickel und Gold ein.

Background der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Neutronengenerator-Targets, bei welchen ein Wasserstoffisotop, Deuterium und/oder Tritium, in einem Film aus einem Lanthanon, Skandium oder Yttrium absorbiert wird.

Derartige Targets sind beispielsweise in der britischen Patentschrift 974 622 beschrieben, in welcher die lanthanon-Elemente definiert sind. Nach der vorgenannten Patentschrift wird der Film auf ein Trägermetall niedergeschlagen, mit welchem er nicht leicht eine legierung eingeht. Der Träger bzw« die Unterlage ist soviel dicker als der Film, daß das legieren teilweise oder vollständig die Absorption von Wasserstoff verhindern würde. Die Auswahl an Trägermetall ist somit begrenzt; Molybdän, Wolfram, Tantal und Chrom sind die bestgeeigneten.

Für einen versiegelten bzw. abgedichteten ÜTeutronengene— rator, wie er beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 088 088 beschrieben ist, der einen hohen ITeutronenausgang und eine lange Lebensdauer hat, muß ein relativ dicker Film verwendet werden, um einen Ausgleich für das Versprühen bzw. Zerstäuben durch einfallende Deuterium- oder Tritiumionen zu schaffen, die nach dem Target hin beschleunigt v/erden. Es ist in der Praxis schwierig, einen einfallenden Ionenstrahl von einheitlicher Leistungsdichte zu erzielen. Dies führt zu einer Veränderung der Temperatur über die -Targetfläche hinweg, und beim Verhindern, einer übermäßigen Target temp era tür in den Ho ch-

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temperaturbereichen des Targets ist es schwierig, kühlere Bereiche daran zu hindern, unter etwa 200⁰C abzufallen. Bei diesen niedrigeren Temperaturen kann die Absorption von Ionen vom Strahl her zur Bildung des Trihydrids des Filmmetalls, z.B. des ErbiumtrihydridS führen; bei höheren Temperaturen werden nur die Dihydride gebildet. Die Trihydride sind äußerst spröde im Vergleich zu den Dihydriden, und es hat sich herausgestellt, daß, wenn auch relativ dünne Filme von 0,0002 bis 0,0005 cm hergestellt werden können, die haftend bleiben, langlebige Filme von 0,0025 cm und dickere bei teilweiser Trihydridisierung zerfallen bzw. sich zersetzen, wobei sie reine blanke Flächen des Trägers übriglassen. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Form von Neutronentarget zu schaffen, bei welchen diese Tendenz zum Zerfallen bzw. Zersetzen reduziert ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß weist ein Neutronengenerator-Target einen Metallfilm auf, der mit einem Wasserstoffisotop imprägniert ist, wobei dieses Metall aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Yttrium, Skandium und den Leiatiiaaijüs (Lanthan) besteht, und wobei der Metallfilm auf einem Metallträger sitzt, vorzugsweise einem Träger bzw. einer Unterlage, welcher bzw. welche nicht leicht mit dem Metall des Films eine legierung bildet, wobei zwischen Träger und Film ein Zwischenfilm aus einem weiteren Metall angeordnet ist, wobei dieses weitere Metall so ausgewählt wird, daß es leicht in das Metall des ersterwähnten Films unter. Festzustandsbedingungen diffundiert und eine feste Lösung oder Verbindung damit bildet sowie gut an der Unterlage haftet und dünn genug ist, um die Absorption von Wasserstoff durch den ersterwähnten Film durch Schwächung bzw. Verdünnung /dilution/ des ersterwähnten Films nicht wesentlich zu reduzieren.

Die Bildung der festen Lösung oder Verbindung duroh Zwischenmetall-Diffusion im Festzustand ist von der Bildung der Legierung durch Schmelzen zu unterscheiden. Das weitere Metall wird vorzugsweise so ausgewählt, daß die zwischen ihm und dem Metall des ersterwähnten Films gebildete Legierung nicht bei den Tem-

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peraturen schmilzt, die verwendet werden, wenn der ersterwähnte Film auf den Zwischenfilm aufgedampft und nachfolgend der erstere Mim mit einem Wasserstoffisotop geladen bzw. beladen wird. Beispielsweise deuten verfügbare Daten an, daß Erbium Legierungen mit den folgenden Metallen bildet, die in der Reihenfolge der abnehmenden Legierungs-Schmelzpunkte und daher abnehmender Eignung aufgeführt werden: Beryllium, Gold, Silber, Nickel, Kobalt, Kupfer, Beryllium hat den Nachteil, stark toxisch bzw. giftig zu sein. Es können aber auch andere geeignete Metalle verwendet werden.

Die Dicke des Zwischenfilms wird viel geringer als diejenige des wasserstoffabsorbierenden Films gemacht, um die Schwächung bzw. Verdünnung des letzteren durch Diffusion zu begrenzen, wenn die feste Lösung oder Verbindung gebildet wird; aber sie ist ausreichend, um dessen Haftung an der Unterlage bzw. dem Träger zu erhöhen.

Der Zwischenfilm wird vorzugsweise auf die Unterlage aufgedampft, und zwar unter Verwendung einer Aufdampfungsgeometrie ähnlich derjenigen, die nachfolgend zum Aufdampfen des Films aus hydridbildendem Metall auf den Zwischenfilm verwendet wird, um ein einheitlicheres Dickenverhältnis der beiden Filme über die Targetoberfläche hinweg zu erzeugen.

Wegen der Dünnheit des Zwisohenfilms wird es vorgezogen, trotz jeglicher "Puffer"-Wirkung, die letztere hervorbringen kann, als Unterlage bzw. Träger ein Metall zu verwenden, welches nicht leicht mit dem Metall des ersterwähnten Films, wie beim Stand der Technik, legiert.

Durch die vorliegende Erfindung werden außerdem ein Verfahren zum Herstellen vorgenannter Targets sowie ein abgedichteter Neutronengenerator mit einem vorgenannten Target geschaffen.

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Beispiele der Erfindung

Die folgenden sind Beispiele für Neutronentargets und Verfahren zu deren Herstellung gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

Ein 0,0001 cm dicker Mim aus Nickel wurde auf einen Molybdänträger vakuumverdampft, und anschließend wurde ein 0,0005 om dicker Film aus Erbium auf das Nickel aufgedampft. Das Target wurde Ms zu einem Wasserstoff/Erbium-Atomverhältnis von 2,8 geladen, wobei praktisch kein Verlust der Erbiumfilm-Integrität auftrat. Bei diesem Verhältnis zerfällt ein Erbiumfilm von solcher Dicke ohne den Nickel-Zwischenfilm zu einem Pulver, wofcei die blanke Unterlage übrigbleibt. Eine Ultraschallreinigung in Toluol, gefolgt von einem Klebeband-"Striptest¹¹ (wobei ein "Scotch tape" auf den beladenen Erbiumfilm aufgebracht und anschließend abgezogen wird) beseitigte nur etwa 8 i> des Erbiumfilms.

Der Nickel-Zwische.nfilm kann auch auf die Unterlage durch Elektroplattieren aufgebracht" werden, aber das Vakuum-Verdampfen wird vorgezogen, da die Verwendung ähnlicher Verfahren für den Nickel— und Erbiumfilm ein einheitlicheres Nickel/Erbium-Dickenverhältnis hervorbringt. 'Wenn dieses Verhältnis über irgendeinen Teil der Targetfläche zu hoch ist, so trägt der Überschuß an Nickel zur Bildung' einer Nickel/Erbium-Legierung von niedrigem Schmelzpunkt bei;, wenn ein solches Schmelzen beobachtet wird, dann hat die Erbiumschicht eine größere Tendenz, abzubröckeln, wenn sie mit Wasserstoff beladen wird. Aus diesem G-rund, und weil die Menge des zu verdampfenden Nickels so viel geringer als die Menge des Erbiums ist, kann das Verdampfungsschiffchen einheitlich mit dem Nickel ßattiert werden, ζ.,Β. durch Elektroplattieren, anstatt daiii es mit Draht oder Partikeln in der üblichen Weise (und wie im Beispiel 1) beladen bzw. beschickt wird, um eine besser definierte G-eometrie ähnlich derjenigen für

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für das Erbium zu erhalten. Diese Technik mit dem plattierten Schiffchen kann für Zwischenfilme aus anderen Metallen als Nickel verwendet werden. Der Film aus Erbium oder einem anderen hydridbildenden Metall wird vorzugsweise (wie beim Beispiel 1) durch Zweistufenverdampfung aufgedampft, wie sie in der zugehörigen deutschen Patentanmeldung P 19 02 258.3 (Anwaltsakte 69 023) beschrieben ist.

Beispiel 2

Ein 0,0001 cm dicker Goldfilm wurde auf einen Molybdänträger vakuumverdampft und ein 0,005 cm dicker Erbiumfilm auf das Gold aufgedampft, wobei die gleiche Technik wie beim Beispiel 1 verwendet wurde. Der Erbiumfilm wurde bis zu einem Wasser st off/Er bium-Atonnrer hai tnis von 2,8 beladen. Es erfolgte kein sichtbares Abflocken oder Abbröckeln des Erbiumfilms, wie es ohne den Gold—Zwischenfilm der Pail gewesen wäre. Der Erbiumfilm widerstand einer Ultraschall-Reinigung in Toluol mit dem Verlust von nur etwa 10 sehr kleinen Nadellöehern (von etwa 0,25 mm Durchmesser).

Wenn auch die obigen Beispiele sich nur auf die Verwendung von Erbium bei einem Molybdän träger beziehen, so können auch die übrigen Lanthanons, yttrium oder Skandium und auch andere Träger, wie beispielsweise Wolfram, Tantal oder Chrom, verwendet werden, wobei in jedem 3TaIIe ein geeignetes Metall für den Zwischenfilm ausgewählt wird, z.B. eines der sechs oben erwähnten(Ber/llium, Gold, Silber, Uickel, Kobalt, Kupfer).

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Besehreibung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

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Tetegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten: ΚδΙη 106931, Essen 20362 ^t Bankkonten:

Deutsche Bank AG.,

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiterner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

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!Pat entansprttche

ίΐΛ Neutronengenerator-Target mit einem Metallfilm, der mit einem Wasserstoffisotop imprägniert ist, wobei dieses Metall aus. der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Yttrium, Skandium und den Lanthanons (Lanthan) besteht, und wobei der Metallfilm auf einer Metallunterlage bzw, einem Metallträger gehalten ist, vorzugsweise einem Träger, der mit dem Metall des Films nicht leicht eine Legierung eingeht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Träger und 3?ilm ein Zwischenfilm aus einem weiteren Metall angeordnet ist und daß dieses weitere Metall so ausgewählt istj, daß es leicht in das Metall des ersterwähnten Films unter I/?et-KäBtandsbedinguBgen diffundiert, eine feste Lösung oder Verbindung mit diesem bildet eowi? gut an dem Träger haftet und dünn genug ist, um die Absorption von Wasserstoff durch den ersterwähnten Film infolge Schwächung bzw. Verdünnung des ersterwähnten Films nicht wesentlich zu reduzieren.

2. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Metall aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Beryllium, Gold, Silber, Nickel und Kupfer besteht.

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3. Target nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der ersterwähnte Film aus Erbium besteht und das weitere Metall aus der aus Nickel und Gold bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Target nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenfilm viel dünner als der ersterwähnte Film ist.

5. Target nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenfilm eine Dicke von etwa 1/50 derjenigen des ersterwähnten Films aufweist.

. 6, Target nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, • daß die Unterlage bzw. der Träger aus Molybdän besteht.

7. Abgedichteter Neutronengenerator, gekennzeichnet

durch ein Target nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8. Verfahren zum Herstellen eines Neutronengenerator-Targets mit einem Metallfilm, der mit einem Wasserstoffisotop imprägniert ist, wobei dieses Metall aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Yttrium, Skandium und den Lanthanons (Lanthan) besteht, und wobei der Metallfilm auf einem Metallträger abge-. stützt wird, vorzugsweise einem Träger, der mit dem Metall des Films nicht leicht legiert, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf den Träger ein Zwischenfilm aus einem weiteren Metall niedergeschlagen wird, daß dieses weitere Metall so ausgewählt wird, daß es leicht in das Metall des ersterwähnten Films unter Fesiaistandsbedingungen diffundiert, eine feste Lösung oder Verbindung mit diesem bildet sowie gut am Träger haftet, und daß nachfolgend auf den, Zwischenfilm ein Film aus einem Metall niedergeschlagen wird, welches aus .der genannten

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Gruppe ausgewählt wird, wobei der Zwischenfilm dünn genug gemacht wird, damit er die Absorption von Wasserstoff durch den erstgenannten Film durch Schwächung bzw. Verdünnung des ersterwähnten Films nicht wesentlich reduziert.

9ο Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Metall aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Beryllium, Gold, Silber, Nickel, Kobalt und Kupfer besteht,

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des ersterwähnten Films Erbium ist und daß das Metall des Zwischenfilms aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Nickel und Gold besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Molybdän besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Zwischenfilm als auch der ersterwähnte Film durch Vakuumverdampfung niedergeschlagen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Filme gleiche Verdampfungsgeometrien verwendet werden»

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