Способ изготовления титан-тритиевой мишени

Изобретение относится к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, применяемых в вакуумной нейтронной трубке. В заявленном способе предусмотрена активация слоя гидридообразующего металла (титана), нанесенного на подложку, в камере насыщения путем нагрева до 300-500°С и подача трития в камеру насыщения с последующим ее охлаждением. Тритий в камеру насыщения подают перед активацией слоя гидридообразующего металла, при этом активацию проводят в среде трития. Количество поглощенного трития рассчитывают из условия достижения атомного отношения T/Ti, равного 1,5-1,7, а нагрев и охлаждение камеры насыщения проводят со скоростью 2-3°С/мин. Техническим результатом является повышение точности измерения количества трития, поглощенного мишенью, упрощение процесса насыщения мишеней за счет совмещения операций активации и насыщения, а также упрощение контроля степени насыщения титанового слоя, снижение вероятности отслоения тритида титана от подложки и, соответственно, радиационного загрязнения технологического оборудования, и повышение безопасности условий работы персонала. 1 пр.

 

Изобретение относится к области ядерной физики, в частности к способам изготовления титан-тритиевой мишени, применяемой в нейтронных генераторах. Нейтронные генераторы используются в скважинной геофизической аппаратуре для каротажа газовых и нефтяных месторождений, в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа и других областях науки и техники.

Известен способ изготовления титан-тритиевой мишени, описанный в монографии "Тритиевые излучатели", Г.Д. Горловой, В.А. Степаненко, Атомиздат, 1965, стр. 46-47. Он заключается в напылении на подложку (вольфрам, молибден, тантал, медь) титанового слоя. Подложку с напыленным слоем титана помещают в специальную установку, откачивают до давления 5·10-6 мм рт.ст. Тритий подают на холодную подложку со слоем титана, затем подложку со слоем нагревают индукционной печью до 900-1000°С. После этого печь выключают. При остывании происходит частичное насыщение тритием титанового слоя. Затем повторяют нагрев до 1000-1100°С, при этом газ полностью выделяется из мишени. Как только газ полностью выделится, нагрев отключают, и при остывании происходит окончательное насыщение мишени тритием.

Недостатками известного решения являются:

- отсутствие контроля над скоростью нагрева мишени;

- при температурах выше 1000°С возможно сплавление титана с материалом подложки с образованием интерметаллидных соединений, не поглощающих тритий;

- при повторном нагреве мишени возможно растрескивание частично насыщенного слоя (в силу высокой скорости нагрева).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления тритиевого источника β-излучения, заключающийся в том, что на молибденовую подложку в форме диска, находящуюся при температуре 20-50°С, напыляют титановую пленку методом термического испарения в вакууме. После этого подложку с титановым слоем извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке (Патент РФ №2257628, МПК G21G 4/04. опубл. 20.01.2005). Насыщение титан-тритиевых мишеней по этому способу состоит из следующих стадий:

- помещают подложку с титановым слоем в камеру насыщения;

- производят вакуумирование камеры до давления 2·10-5 мм рт.ст. с одновременным нагревом до 300°С (активация титанового слоя);

- подают тритий в камеру для насыщения мишеней и осуществляют нагрев до 525°С;

- охлаждение камеры, в процессе которого происходит насыщение титанового слоя мишени тритием.

Недостатками данного способа насыщения являются:

- сложность контроля степени насыщения слоя гидридообразующего металла в процессе насыщения, так как тритий подается на нагретую до 300°С подложку, и при дальнейшем нагреве до 525°С одновременно протекают два конкурирующих процесса: насыщение мишени, приводящее к уменьшению давления в камере и увеличение давления газообразного трития за счет разогрева в камере для насыщения, имеющей постоянный объем;

- отсутствие возможности получения мишеней с заданным атомным отношением, Т/Ti;

- возможность перенасыщения мишени тритием (выше атомного отношения T/Ti=1,7), что может повлечь разрушение слоя гидридообразующего металла;

- длительное время процесса насыщения мишеней тритием, что влечет за собой снижение уровня безопасности при работе с тритием.

Задачей данного изобретения является повышения качества титан-тритиевых мишеней с одновременным повышением безопасности работ.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в следующем:

- повышается точность измерения количества трития, поглощенного мишенью;

- значительно упрощается процесс насыщения мишеней за счет совмещения операций активации и насыщения, также упрощается контроль степени насыщения титанового слоя;

- снижается вероятность отслоения тритида титана от подложки и, соответственно, радиационного загрязнения технологического оборудования;

- повышается безопасность условий работы персонала.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявлен способ изготовления титан-тритиевой мишени, заключающийся в активации слоя титана, нанесенного на подложку, в камере насыщения путем нагрева до 300-500°С, подаче трития в камеру с последующим ее охлаждением, в котором, согласно изобретению, тритий в камеру насыщения подают перед активацией слоя титана и активацию проводят в среде трития, при этом количество трития рассчитывают из условия достижения атомного отношения T/Ti=l,5…1,7, а нагрев и охлаждение проводят со скоростью 2-3°С/мин.

Подача трития в камеру насыщения перед активацией слоя гидридообразующего металла - титана и проведение активации в среде трития позволяет сократить время процесса за счет совмещения стадий активации и насыщения титанового слоя мишени. При этом проведение активации при температурах до 500°С позволяет избежать образования интерметаллидного слоя и нарушения целостности активного слоя за счет отсутствия напряжений в нем в процессе насыщения мишени. Этому же способствуют и экспериментально подобранные скорости нагрева и охлаждения мишени (2-3°С/мин). Предложенный способ позволяет получать титан-тритиевые мишени с заданным атомным отношением, которое обеспечивается подачей расчетного количество трития, необходимого для достижения атомного отношения Т/Ti=1,5…1,7. Сокращение времени проведения процесса влечет за собой повышение уровня безопасности персонала при работе с тритием.

Пример. Была изготовлена партия из 5 титан-тритиевых мишеней на подложках из меди диаметром 47.4 мм и толщиной 2.5 мм. После обработки подложек (обезжиривание, травление и сушка) на них напылялся слой титана толщиной 4-5 мкм. Насыщение титана тритием состоит из следующих стадий:

- помещение подложки из меди со слоем титана в камеру насыщения;

- вакуумирование камеры с подложкой до давления 5·10-5 мм рт.ст.;

- подача в камеру для насыщения трития в количестве, необходимом для достижения заданного атомного соотношения Т/Ti=1,5…1,7;

- нагрев до 500°С подложек с титановым слоем в среде трития со скоростью 2-3°С/мин;

- выдержка подложки с титановым слоем при 500°С до установления постоянного давления;

- охлаждение камеры с мишенью до комнатной температуры со скоростью 2-3°С/мин;

- дезактивация камеры для насыщения с мишенями путем вакуумирования (удаление с рабочих поверхностей сорбированного трития);

- извлечение из камеры готовой мишени и визуальный контроль качества (выявление дефектов: трещин, пузырьков, отслоений и т.д.).

У изготовленных по заявляемому способу мишеней было измерено тормозное излучение при помощи сцинтилляционного счетчика. Мишени также прошли проверку в составе нейтронного генератора НГ-150. Изготовленные мишени обладали следующими характеристиками:

- неравномерность распределения трития по площади мишени - не более 10%;

- удельное газовыделение после суток хранения мишени на воздухе не превышало 10-12 Ки/см2·с;

- на начальном этапе испытаний мишеней в составе нейтронного генератора НГ-150 интенсивность генерируемого пучка составляла - 3·1010 н/с.

Способ изготовления титан-тритиевой мишени, заключающийся в активации слоя титана, нанесенного на подложку, в камере насыщения путем нагрева до 300-500°С, подаче трития в камеру насыщения с последующим ее охлаждением,
отличающийся тем, что тритий в камеру насыщения подают перед активацией слоя титана и активацию проводят в среде трития, при этом количество трития рассчитывают из условия обеспечения атомного отношения трития к титану (T/Ti) 1,5…1,7, а нагрев и охлаждение проводят со скоростью 2-3°С/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ускорительной техники. Система производства изотопов содержит циклотрон с ярмом магнита, которое окружает ускорительную камеру.
Изобретение относится к технологии изготовления металло-тритиевых мишеней, в частности к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, которые могут быть использованы для получения моноэнергетических потоков нейтронов.

Изобретение относится к реакторному материаловедению, в частности к способу исследования радиационной стойкости конструкционных и топливных материалов при высоких и предельных уровнях облучения для активных зон атомных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

3аявленное изобретение относится к источникам протонов или нейтронов высокой энергии для производства медицинских изотопов и осуществления других процессов, включая превращение ядерных отходов.

Изобретение относится к ядерной технологии и предназначено для получения радиоактивных изотопов для медицинских целей. .

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в мишенных устройствах линейных индукционных ускорителей (ЛИУ) с импульсным продольным магнитным полем при решении задачи, связанной с эффективным преобразованием энергии ~100 кДж сильноточного релятивистского электронного пучка (РЭП) с импульсным током ~100 кА и энергией электронов от 10 до 40 МэВ в тормозное излучение (ТИ).

Изобретение относится к области ускорительной техники, а точнее к технике получения высокоинтенсивного импульсного тормозного излучения. .

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам с жидкометаллическими мишенями. .

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках надтепловых нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к технологии изготовления полимерных оболочечных мишеней для инерциального термоядерного синтеза. Технический результат - обеспечение возможности серийного изготовления оболочечной мишени при требуемой воспроизводимости заданных параметров мишени с повышенными прочностными характеристиками. Способ изготовления оболочечной мишени по его первому варианту включает формирование полимерной оболочки, легированной присадками, на первом этапе изготавливают первую, внутреннюю, и вторую, внешнюю, пленки-заготовки, затем осуществляют зонное легирование отдельно первой и второй пленок-заготовок частицами присадок различного типа соответственно для первой и второй пленок-заготовок так, что длина зоны легирования частиц присадок соответствует длине первой и второй пленок-заготовок соответственно, а заданную ширину зон легирования выбирают таким образом, что реализуют заданное распределение частиц присадок по радиусу оболочечной мишени; на втором этапе осуществляют перфорацию первой пленки-заготовки, далее создают выступы заданной высоты и конфигурации на первой пленке-заготовке; на третьем этапе осуществляют нарезку первой и второй пленки-заготовки так, что обеспечивают их заданную ширину и длину так, что обеспечивают заданное число слоев оболочечной мишени; на четвертом этапе осуществляют соединение первой и второй пленок заготовок по их длине с заданной адгезией; на пятом этапе сворачивают соединенные пленки-заготовки в рулон таким образом, что образующая рулона параллельна линии соединения пленок так, что первая пленка-заготовка образует рабочие активные слои, а вторая пленка-заготовка образует внешние, абляционные слои. Первый из абляционных слоев плотно прилегает к наружному витку первой пленки-заготовки, при таком сворачивании в рулон заданное число слоев первой пленки-заготовки определяет размер активной области мишени, а число слоев второй пленники-заготовки определяет толщину абляционного слоя мишени, после чего фиксируют внешний край рулона, получая оболочечную мишень; на шестом этапе осуществляют одновременно нарезку получившегося цилиндрического рулона до требуемой длины и формируют торцевые поверхности заготовок мишеней. Осуществление способа изготовления оболочечной мишени по его второму варианту аналогично описанному выше способу по его первому варианту до выполнения шестого этапа. Отличие заключается в том, что после осуществления пятого этапа, на котором формируют цилиндрическую заготовку оболочечной мишени, выполняют шестой этап. На этом этапе цилиндрическую заготовку оболочечной мишени сжимают с двух противоположных сторон. Для обеспечения равномерного распределения силы по площади заготовку оболочечной мишени помещают между двумя плоскими пластинами, прочность которых выше прочности заготовки мишени. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам автоматической регенерации литиевой мишени. Заявленные способ и устройство предусматривают наличие функции измерения толщины пленки лития литиевой мишени и возможность автоматической регенерации расходуемой литиевой мишени посредством перемещения источника осаждения из паровой фазы к литиевой мишени. Устройство (106) автоматической регенерации литиевой мишени обеспечивает автоматическую регенерацию лития литиевой мишени, при этом устройство (106) включает в себя блок (1) осаждения лития из паровой фазы для осаждения лития из паровой фазы на литиевой мишени. Блок (1) осаждения лития из паровой фазы обеспечивает осаждение лития из паровой фазы на литиевой мишени, двигаясь к стороне литиевой мишени. Техническим результатом является отсутствие необходимости в замене литиевой мишени по мере расхода лития в данной мишени, а также возможность локальной или полной регенерации лития в литиевой мишени в автоматическом режиме. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к устройству для сбора электрически заряженных частиц и может применяться в области производства радиоизотопов или нейтронов. Устройство включает в себя первый кожух и концентрически расположенный вокруг первого кожуха второй кожух. Каждый из кожухов соответственно разделен на первую половину кожуха и вторую половину кожуха. Между первой половиной первого кожуха и второй половиной первого кожуха расположен первый выключатель. Между второй половиной первого кожуха и первой половиной второго кожуха расположен второй выключатель. Первая половина второго кожуха имеет пропускное отверстие. Техническим результатом является возможность рекуперации энергии частиц, проникших сквозь мишень, а также повышение энергетической эффективности. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной физике и медицине в области бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей. Для генерации оптимального потока нейтронов с использованием реакции 7Li(p,n)7Be в заявленном изобретении вместо применения 3-слойных мишеней, содержащих. нейтроногенерирующий слой, слой-поглотитель протонного пучка и теплоотводящий слой, обеспечивающий также механическую прочность всей конструкции, предусмотрено объединение поглотителя протонного пучка с теплоотводящим слоем и его изготовление из тантала. Для обеспечения механической прочности и малого перепада температуры при отводе тепла нейтроногенерирующая мишень сделана из 20 танталовых трубочек диаметром 5 мм с толщиной стенки 0,2 мм, длиной 113 мм, размещенных в два ряда и впаянных в медный корпус (обечайку). Техническим результатом является повышение срока эксплуатации, снижение уровня нежелательного сопутствующего излучения и повышение эффективности теплосъема для поддержания литиевого слоя в твердом состоянии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу изготовления титано-тритиевых мишеней нейтронных трубок, используемых в скважинной геофизической аппаратуре для каротажа нефтяных и газовых месторождений, а также в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа. В заявленном способе титан напыляют на металлическую основу мишени и насыщают его тритием, подают газовую среду к мишени и проводят в ней термическую обработку мишени и удаляют газовую среду от мишени. При этом термическую обработку мишени проводят в камере термической обработки при температуре 200-250°C в течение 1-2 часов, давление газовой среды в камере термической обработки определяют из условия, что при максимальном нагреве камеры оно составит 80-90 кПа, в качестве газовой среды используют осушенный воздух с содержанием влаги не более 13 мг/кг. Техническим результатом является повышение термической стойкости титано-тритиевой мишени, повышение ресурса и надежности работы нейтронной трубки. 1 табл.

Изобретение относится к мишени для генерации нейтронов. Мишень включает подложку, покрытую палладиевым слоем и литиевым слоем так, что поверхность литиевого слоя облучается заряженными частицами для генерации нейтронов. Кроме того, мишень содержит барьерный слой, выполненный из металла, который не образует эвтектический сплав ни с палладием, ни с литием, расположенный между палладиевым слоем и литиевым слоем. В качестве составляющих барьерный слой металлов предпочтительны медь, железо, никель, кобальт, титан и цирконий. Техническим результатом является сохранение технических характеристик мишени при долговременной работе, а также предотвращение отделения литиевого слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к мишени для генерирующего нейтроны устройства и способу изготовления мишени для него. Мишень предназначена для генерирующего нейтроны устройства и включает в себя: металлическую подложку, удерживающую материал мишени; и металлическую тонкую пленку для герметизации, которая удерживает материал мишени на стороне поверхности удерживания X. Сторона поверхности удерживания X металлической подложки включает в себя: рамочную часть и профилированную структуру, включающую в себя: множество островковых частей, которые окружены рамочной частью; и остальную углубленную часть, которая создается посредством уменьшения толщины области, не являющейся рамочной частью и островковыми частями, на толщину материала мишени. Металлическая тонкая пленка и поверхности рамочной части и островковых частей подвергаются связыванию горячим изостатическим прессованием (ГИП) для герметизации материала мишени на углубленных частях при использовании металлической тонкой пленки. Техническим результатом является повышение срока службы генерирующей нейтроны мишени, упрощение конструкции мишени и возможность функционирования мишени в условиях нагревания металлического лития. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 14 ил.
Наверх