[發(fā)明專利]一種D-D中子管靶膜保護層

在審

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• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111479377A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸景彬;劉佳溪;許旭;李承乾
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H05H6/00
• 分類號: H05H6/00;H05H3/06;C23C14/06;C23C14/24;C08F110/02;C08J5/18;C08L23/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明涉及一種D?D中子管靶膜保護層，包括以下步驟：第一，制備氘代乙炔，選用碳化鈣與重水反應(yīng)制取氘代乙炔。第二，制備氘氣，采取電解重水制取氘氣，所用的電解池為石英玻璃制作的，電極為鉑金制作。第三，制備氘代聚乙烯，選擇催化劑催化氘代乙炔加氘氣反應(yīng)，使反應(yīng)停留在生產(chǎn)氘代乙烯的階段。加入引發(fā)劑，使氘代乙烯發(fā)生聚合反應(yīng)生產(chǎn)氘代聚乙烯。第四，制備氘代聚乙烯靶膜，用溶液蒸發(fā)法制備氘代聚乙烯靶膜。第五，使用真空蒸鍍技術(shù)為氘代聚乙烯靶膜鍍氮化硼保護層，厚度為0.25μm。本發(fā)明通過選擇合適的中子管靶膜保護層材料，即氮化硼，有效的解決了氘代聚乙烯靶中子產(chǎn)額高，但壽命短的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氘靶制備領(lǐng)域，具體涉及一種適用于中子管、中子發(fā)生器靶膜保護層的制備。

背景技術(shù)

中子管應(yīng)用廣泛，可用于原子核物理、中子物理、反應(yīng)堆物理、放射化學(xué)和放射醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究，中子測量和防護材料的實驗研究，中子輻照生物效應(yīng)和中子醫(yī)療診斷等研究試驗工作。也可直接用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，例如中子探礦、中子測井、中子輻照養(yǎng)蟬、反應(yīng)堆點火，也可開展中子水分測量和活化分析等試驗研究工作。

中子管是一種小型加速器中子源，它把離子源、加速系統(tǒng)、靶、氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)密封在一個陶瓷管內(nèi)，構(gòu)成一支結(jié)構(gòu)緊湊的電真空器件。中子管的中子產(chǎn)額和壽命受靶性能影響。

中子管實際運行中，很多因素會影響中子產(chǎn)額。在離子束的轟擊下，靶表面逐漸形成氧化物，氧化層隨束流強度變大而更致密，氧化層越厚中子產(chǎn)額越低。離子能量不斷沉積，靶表面發(fā)生燒蝕，導(dǎo)致靶升溫釋放氚氣，原子比和中子產(chǎn)額下降；離子源發(fā)射的束流中存在雜質(zhì)離子，損壞靶也會降低中子產(chǎn)額。靶膜在中子管內(nèi)部用來儲存氘氣氣，它也是發(fā)生氘氘核反應(yīng)的界面，其制作工藝、材料、厚度等因素直接決定中子管產(chǎn)額和壽命。目前吸氫靶膜材料有鈦、鋯、鈧等元素，鈦是迄今為止發(fā)現(xiàn)的吸氫密度最高的單質(zhì)金屬料，用鈦金屬制靶利于靶膜吸附更多氚氣或氘氣，增加氘氘核反應(yīng)概率，進而提高中子產(chǎn)額，是理想的中子管靶膜材料。單質(zhì)鈦作中子管薄膜材料不可避免地存在材料性能引起的固有缺陷，如鈦吸氫后塑性、柔韌性及抗拉強度大大下降，出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，甚至在體內(nèi)產(chǎn)生大量裂紋，影響使用。純鈦靶抗濺射性能不理想，C+、N+、O+等雜質(zhì)離子降低氫在膜表面的吸附幾率，并影響薄膜體內(nèi)的氫分布，不易滿足長壽命、高產(chǎn)額的要求。

國內(nèi)外學(xué)者采用在鈦靶膜上鍍保護層，如鈀、鎳、鈦，防止薄膜氧化和雜質(zhì)離子污染，提高鈦膜吸氫能力。向鈦中摻雜其他金屬，可以改善金屬單質(zhì)的性能，具有良好的塑性。但也存在一些缺陷，鈀膜的原子質(zhì)量越大，阻止能力越強，能量損失越大，造成中子產(chǎn)額下降。

對于氘代聚乙烯靶膜，吸氘比大，能量損失小，是良好的靶膜材料，然而氘代聚乙烯熔點低，造成靶膜融化，中子管壽命短。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種新的靶膜保護層材料，選擇合適的中子管靶膜保護層材料，降低高原子序數(shù)材料帶來的能量損失，增加中子產(chǎn)額。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實施:提供一種中子管靶材料。包括以下步驟：

(1)制備氘代乙炔。

在步驟(1)中，選用碳化鈣與重水反應(yīng)制取氘代乙炔，實驗裝置使用廣口瓶和分液漏斗。并使用硫酸銅除去雜質(zhì)，用向下排空氣法收集氘代乙炔。

(2)制備氘氣。

在步驟(2)中，采取電解重水制取氘氣，所用的電解池為石英玻璃制作的，電極為鉑金制作，并用精餾的方法分離提純氘氣。

(3)制備氘代聚乙烯。

在步驟(3)中，選擇催化劑催化氘代乙炔加氘氣反應(yīng)，使反應(yīng)停留在生產(chǎn)氘代乙烯的階段，所述催化劑為金屬鈀與銀形成的合金催化劑負載在載體二氧化鈦上。加入引發(fā)劑，使氘代乙烯發(fā)生聚合反應(yīng)生產(chǎn)氘代聚乙烯。

(4)制備氘代聚乙烯靶膜。