Главная Вакуумные трубки



тонких пленок на подложки; насыщение тонких пленок металлов-сорбентов изотопами водорода; измерение (контроль), параметров мишени. ;

Существуют различные [15, 38, 39, 85] методы вакуумного распыления металлов и нанесения тонких пленок на металлические подложки. Для нанесения пленок редких сорбционно-активных тугоплавких металлов применяют термические методы [85] с максвелловским распределением молекулярного пучка. При этом механизм конденсации и роста тонких пленок получается обычным кластерным [15,; 39]. Температура подложки должна составлять 0,3-1 0,5 температуры плавления. Тонкие пленки сорбционно-ак- тивных металлов, полученные такими методами, обычно! обладают недостаточной адгезией, а иногда отслаиваются не-) посредственно после окончания процесса напыления или! во время насыщения их тритием. При частичной ионизации! (возбуждении) молекулярного пучка образование пленок] происходит иначе, чем в обычном термическом методе [90]. Электранографический анализ показал, что пленки при частичной ионизации пучка имеют аморфную структуру, тогда как при термических методах - ярко выраженную кристаллическую.

Термический метод с применением частично ионизиро-! ванных молекулярных пучков имеет следующее преиму-j щество. Ионизированные молекулы и атомы молекулярного! потока могут приобретать энергию, достаточную для внед-! рения на несколько атомных слоев подложки", что обеспе-! чивает высокую адгезию даже в том случае, когда сочета-1 ются такие материалы, пленки которых при осаждении! методом термического испарения адгезией не обладают (на- пример, медь на вольфраме, олово на никеле, скандий на меди и т. п.) [38]. С увеличением коэффициента ионизации молекулярного пучка адгезия пленок увеличивается, так как при этом возрастает количество высокоэнергетических ионизированных молекул и атомов, способных внедряться в подложку и образовывать на ней пленки повышенной плотности с взаимодиффузионным слоем.

Структура и физические свойства осажденных пленок сильно зависят от условий распыления и конденсации: качества исходного материала, состояния поверхности и температуры подложек; давления и состава остаточных газов, скорости испарения и других факторов.

При взаимодействии титана с молекулами остаточного газа ухудшается адгезия, что приводит к растрескиванию и шелушению слоя еще до насыщения, а сорбция водорода, создающая дополнительные внутренние напряжения в плен-

ке, усиливает осыпание слоя титана; сни.жается коэффициент насьвдения. Скорость осаждения влияет на чистоту, структуру и адгезию пленки. Можно принять, что коэффициент конденсации уменьшается с повышением температуры подложки и уменьшением энергии связи адсорбента с подложкой. Он должен возрастать по мере заполнения подложки, приближаясь к единице в случае осаждения атомов на собственной подложке. ..

Насыщение тонких пленок металлосорбентов тритием проводят методом прямого гидрирования (тритировапия) путем непосредственного взаимодействия указанных пленок с газообразным тритием [34] при давлении 10-10 Па. Оптимальная температура процесса гидрирования зависит от системы металл - водород или изотоп водорода. При прямом взаимодействии металла с водородом и его изотопами сводятся к минимуму нежелательные побочные реакции. Метод прямого гидрирования применяют для получения зна» чительных количеств гидридов и тритидов. При прямом гидрировании, кроме давления и температуры, необходимо учитывать другие факторы, например, наличие примесей в металле, состояние поверхности металла (окисные или ни-тридные пленки и т. д.), чистоту водорода или его изотопов.

Установка насыщения представляет собой измененный и усовершенствованный аппарат Сивертса [134, 33]. Она состоит из высоковакуумной системы, реакционного аппарата, системы для измерения количества газа, приборов для измерения давления газа, источника чистого газа.

Измерения (контроль) параметров металлотритневых мишеней проводят для определения количества сорбированного мишенью 1 рития, толщины тонкой пленки металлосор-бента и распределения трития в активном слое.

Для определения количества сорбированного мишенью трития применяют два способа: первый основан на опреде- лении объема поглощенного трития в 1 см, второй - на увеличении массы мишени в результате поглощения трития слоем сорбента. Для определения количества поглощенного трития и его распределения по поверхности активного слоя применяют метод измерений и сравнений интенсивности тормозного излучения из мишени, а также метод авторадиографии.

2.4. ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА НЕЙТРОННЫХ ТРУБОК

Схема технологического процесса изготовления вакуумных и газонаполненных НТ показана на рис. 42. Изготовление НТ начинается с изготовления деталей и узлов. Затем идет сборка узлов, включающая различные виды сварки



Запойна МГ

Откйяна

Прогрев и активация газопогпотитепей

Трениоодна иомт/ истоини-

BoAi/t/MM/e fir

Прогреб

Высоновольтная тренировна

Оттчна

Проверни иа герметичности

Сборка КТ

Газонаполненные ИТ

Прогреб катода

С{езги>нивание и антаНа-ция хранилища

Напуск ДГ

Насыщение

Термовакиунная а1Гравотна

Охламдение

Хииаяесная ofpaSomna

Откачка

Изготобление деталей й узлов

Запойна

Рис. 42, Схема технологического процесса изготовления НТ

И пайки и всей трубки в целом.Каждый узел и вся трубка обязательно проверяются на герметичность на специальном вакуумном посту гелиевым течеискателем. После сборки всей трубки ее помещают на стенд откачки и отпайки. После того как в трубке давление достигает 10~-10~ Па начинается высоковольтная тренировка. Трубку помещают в специальную печь, где она прогревается до температуры 220-250 °С под непрерывной откачкой в течение 6-18 ч. После выключения прогрева добиваются вакуума в трубке 10--10- Па.

При изготовлении вакуумных НТ (например, с вакуумно-дуговым ионным источником) проводят тренировку ионных источников. Она состоит в том, что на электроды ионного источника подают напряжения, которые постепенно доводят до номинальных, то же самое проводят с частотой срабатываний, постепенно увеличивая ее до номинальных значений. Обычно для хорошей тренировки достаточно 10- 15 тысяч срабатываний каждого ионного источника. После тренировки ионных источников проводят прогрев и активацию газопоглотителей. Прогревать нужно постепенно, чтобы поддерживать вакуум в системе 10~ Па. Затем трубку откачивают до вакуума 10"* Па и запаивают.

Для изготовления газонаполненных НТ посте прогрева всей трубки с последующей откачкой прогревают накаливаемый катод. Затем проводится прогрев, обезгаживание и активация хранилища, представляющего собой геттер, состоящий из спрессованного порошка Ti, Zr и Al, внутри которого находится подогревающий элемент. Трубку откачивают до вакуума 10~-Ю""* Па и переходят к высоковольтной тренировке. Тренировку проводят при постоянном увеличении напряжения до 100 кВ и оканчивают после исчезновения вспышек в трубке. Трубку прогревают в печи до температуры 300 °С, а хранилище нагревается при пропускании тока через прогревающий элемент. В трубку напускают TD смесь и выключают печь, при этом идет насыщение нейтронообразующей мишени. После охлаждения печи выключают нагрев хранилища, в результате чего идет насыщение ДТ смесью хранилища. После окончания этого процесса трубку откачивают и запаивают.

Высоковольтная тренировка. Нейтронные трубки, работающие при ускоряющем напряжении более 100 кВ, Должны иметь хорошую электрическую прочность изоляторов и изоляционных промежутков. Когда прочность снижается, в трубке возникают пробои и она выходит из Строя. Пробои возникают как при снижении электрического



сопротивления между электродами, так и при повышении напряженности электрического поля. Снижение электрического сопротивления происходит при напылении электро-проводящ,их материалов на изоляторы при сварке трубки, некачественной химической обработке деталей, загрязнении поверхностей изоляторов в процессе сборки и хранения, наличии дефектов на стекле и др. Увеличение напряженности электрического поля, приводящее к возникновению пробоев, связано с наличием на деталях острых кромок, микронеровностей и заусенцев, неоптимальных режимов травления и полировки деталей, попадания на детали брызг и выплесков металла при пайке и сварке. Для ликвидации пробоев необходимо усовершенствовать технологию й конструкции НТ. Чтобы улучшить технологию проводят высоковольтный прожиг. Его назначение- удалить все дефекты, способствующие возникновению пробоев и утечек в трубке (загрязнения, напыления, заусенцы, острые кромки, микронеровности и др.). 3

При прожиге между высоковольтным анодом и низковольтными электродами прикладывается напряжение, вызывающее интенсивное искрение и пробои внутри НТ. С увеличением напряжения ускоряются процессы сглаживания и притупления заусенцев и острых краев, удаление загрязнений, однако одновременно увеличивается вероятность распыления материала электрода и напыление его на другие детали и стеклянный корпус. Поэтому оборудование для прожига должно иметь резисторы, ограничивающие разрчд. 5

Высоковольтную тренировку НТ проводят при напряжениях не более 100 кВ ступенчато. При каждом фиксированном значении напряжения трубку тренируют до исчезновения пробоев, потом напряжение повышают до тех пор, пока опять не начнутся пробои и т. д. Процесс тренировки заканчивается, когда пробои внутри исчезают и трубка пробивается по наружной поверхности между поясками стеклянного корпуса. Для прожига используют постоянное, импульсное и переменное напряжения.

Газопоглотители. Одним из основных условий стабильной работы вакуумной НТ является поддержание вакуума не ниже 10~ Па. Для этой цели используют газопоглотители - геттеры, которые размещают в вакуумном объеме трубки. Геттер - это внутренний насос. Его возможности определяются составом, конструкцией и условиями работы.

Основные характеристики газопоглотителей: скорость сорбции; сорбционная емкость, т. е. количество газа, поглощенное газопоглотителем, когда скорость газопоглоще-

ния снизится до 10 % от начальной; рабочая температура.

Газопоглотители разделяются на распыляемые и нераспыляемые. Распыляемыми называются газопоглотители активное вещество которых поглощает газы как при возгонке, так и после конденсации на внутренней поверхности прибора. У большинства распыляемых газопоглотителей активным поглощающим элементом является барий. Для защиты бария от окружающей атмосферы его вводят в состав сплава с алюминием, например, геттер «Альба» с температурой распыления (Грае) 1050-1150 °С. Если к сплаву «Альба» добавить порошки титана или никеля, получим соответственно газопоглотители «Бати» (Трас - 860...900 °С) и «Альбани» (Трас - 780...800 °С).

Нераспыляемые геттеры изготовляют методом прессования из порошков титана, циркония, тантала и др. Конструктивно они имеют вид колец, таблеток, втулок и т. д. Степень пористости газопоглотителей и величина пор определяют поглощающую поверхность, скорость газопоглощения » емкость. Пористость отечественных газопоглотителей около 50 %. Наиболее широко применяются газопоглотители иа порошков следующих составов (масса, %):

Ti 80 60 60 100

Zr 20 30 20 -

А] 10 10 -

Та - - 10 -

Рабочая температура и температура обезгаживания и-активирования нераспыляемых газопоглотителей приведены-в табл. 7 [86].

В обычных условиях титан и цирконий покрыты плотной химически пассивной пленкой окислов и других соединений, которая препятствует газопоглощению. Поэтому геттер необходимо активировать, нагревая его во время обезгаживания до температуры выше 750 °С (нижняя температура обезгаживания и активирования). При этом пленка разрушается, обнажая чистую, активную поверхность металла. Верхняя температура не должна превышать температуру спекания и распыления газопоглотителя.

Повышение эффективности работы газопоглотителей достигается присоединением их к узлам или деталям с различной температурой, что позволяет создать в геттерах различные тепловые зоны. При этом высокотемпературные зоны активно поглощают кислород, азот, углекислый газ, а низкотемпературные - водород, метан, пары воды. Иногда часть геттеров помещают на петлеобразных проводниках,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [13] 14 15 16 17 18 19 20 21 22


0.013