[科普中國]-氚靶

用來產(chǎn)生中子的一種常用的加速器靶。氚靶也常作為β源廣泛用于氣相色譜等工作中。

應用加速器中子源獲得中子, 常常是利用氖核質(zhì)子轟擊含氖靶物質(zhì), 進行核反應,產(chǎn)生快中子, 這種作為靶子的含氖物質(zhì)通常稱為氛靶。由于氚衰變放出β粒子對氣體有一定的電離作用，β源廣泛用于氣相色譜等工作中。此外β粒子被吸附氚的載體（鈦或鋯等）阻滯后能產(chǎn)生韌致輻射，故氚靶也可作為韌致輻射源使用。氚靶能發(fā)射最大能量18keV的具有連續(xù)譜的韌致輻射。1

分類根據(jù)應用及制備方法不同, 氖靶可以分為氣體靶、固體靶和金屬氛化物靶。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，氚靶可分為氣體靶和吸附靶兩類。氣體靶由于充氣室薄窗氣密性差，易破裂而造成氚的沾污，使用不多。吸附靶靶中氚含量可達

10的10次方Bq級，使用溫度低于200度時無明顯損失現(xiàn)象。根據(jù)靶中使用載體材料的不同，吸附性靶還可分為氚鈦靶、氚鋯靶和氚鈧靶等多種類型。

這種氖靶是加速器中最常用的, 使用最方便的一種靶子。在加速器中, 利用氘核轟擊氚靶進行T (d ,n)4 H e 反應產(chǎn)生14 兆電子伏中子, 也可利用質(zhì)子轟擊氘靶進行T ( P ,n)3 H e 反應產(chǎn)生1.2 兆電子伏中子。最初, 人們僅僅利用這種核反應產(chǎn)生的, 能量單一的快中子進行種種的核物理實驗。

金屬氛化物靶的結(jié)構(gòu)、制備和性能結(jié)構(gòu)金屬氖化物靶由兩個部分組成: 上面一層是金屬氖化物薄膜, 下面一層是金屬襯底。載體金屬最常用的是鈦、其次是鋯, 近年來作為放射源使用的氖靶, 其載體普遍用金屬鈧或釔。此外, 也有提出用稀土金屬如鑭、鈰、鋯、鐠、釹等。襯底的金屬, 用得較多的是鉑和銅, 也有用不銹鋼、銀、銅、金等。襯底金屬的選擇要注意使襯底和載體金屬的粘結(jié)性良好, 同時還具有良好的導熱性。在需要中子源具有較好的單色性時, 襯底金屬選擇還應注意在氘( 或質(zhì)子) 打到襯底核上時, 要盡可能少引起產(chǎn)生中子的核反應。2

制備金屬氚化物靶是用某種金屬作為氖的載體, 使氛和載體金屬通過物理一化學作用形成金屬氘化物。制備時, 首先選擇好襯底金屬, 做成一定幾何形狀的底片, 進行嚴格的清洗, 去除表面的油膩和氧化物。然后在這種底片上用真空鍍膜法鍍一層載體金屬。最后將鍍好載體金屬的底片進行吸氛。即成為金屬氚化物靶。

性能衡量金屬氘化物靶性能的指標, 有金屬氛化物的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、原子比、氘化物層的厚度以及載體和襯底的粘結(jié)性等。性能的好壞直接影響氚靶的使用效果。

化學穩(wěn)定性氚化物層要有足夠的化學穩(wěn)定性, 使它暴露在大氣中不和氧、氮、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生化學反應, 否則, 氚會因此被取代出來, 使氚靶失效。氚靶化學穩(wěn)定性, 取決于載體金屬的化學特性。

熱穩(wěn)定性金屬氖化物遇熱時要發(fā)生解離作用, 即發(fā)生氚從金屬中逸出。氚化物層的熱穩(wěn)定性直接影響靶子的使用效果。用于加速器中的靶子, 熱穩(wěn)定性愈好, 則中子產(chǎn)額愈高, 工作壽命愈長。

原子比它是指氚化物中金屬與氖原子數(shù)的比例, 即一個金屬原子能結(jié)合多少個氖原子。在加速器中使用氚靶時, 靶子原子比的大小影響加速器的中子產(chǎn)額和靶子的工作壽命, 原子比愈大, 則中子產(chǎn)額愈高, 壽命愈長。

厚度根據(jù)氛靶不同的用途, 選擇不同的氖化物層的厚度。在加速器中使用時,氖化物層的厚度取決于人射粒子的能量, 能量大時, 厚度可以厚些。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李煒煒 - 高級工程師 - 環(huán)境保護部核與輻射安全中心