DE1149114B - Verfahren zum Herstellen eines Wasserstoffergaenzers fuer eine elektrische Entladungsroehre, ferner mit einem so hergestellten Wasserstoff-ergaenzer versehene Gasentladungsroehre, sowie Verwendung so hergestellter Wasser-stoffergaenzer in einem Neutronengenerator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N20848Vmc/21g

ANMELBETAG: 21. NOVEMBER 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 22. MAI 1963

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wasserstoffergänzers für eine elektrische Entladungsröhre, bei dem ein Bauteil der Röhre mit einer Schicht aus feinverteiltem Metall, wie Zirkon oder Titan, bedeckt wird, das imstande ist, auf umkehrbare Weise Wasserstoff aufzunehmen und wieder abzugeben, und nach der Entgasung der Röhre und der Elektroden zumindest teilweise mit Wasserstoff gesättigt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine zweckmäßige Durchführungsform dieses Verfahrens und auf eine mit einem so hergestellten Wasserstoffergänzer versehene Gasentladungsröhre sowie auf die Verwendung so hergestellter Wasserstoffergänzer in einem Neutronengenerator.

Unter Wasserstoff sind hierbei auch die beiden Isotope Deuterium und Tritium zu verstehen, die entweder einzeln oder als Gemisch häufig bei Neutronengeneratoren Verwendung finden.

Ein Verfahren von der geschilderten Art ist bereits bekannt. Das Zirkon wird als Metallpulver auf der Innen- oder Außenseite eines der Kathodenschirme eines Wasserstoffthyratrons oder, wenn ein niedrigerer Druck erwünscht ist, auf dem Gitterzylinder oder der Anode angebracht. Der Aufbau der Röhre macht es notwendig, die feinverteilte Zirkonschicht vor der Montage der Elektroden auf diesen anzubringen. Beim Entgasen der Röhre befindet sich das Zirkonpulver auf hoher Temperatur in den aus den Elektroden frei werdenden Gasen und wird somit mehr oder weniger verunreinigt.

Obgleich dies bei den verhältnismäßig hohen Drücken, die in einem Wasserstoffthyratron Anwendung finden, unbedenklich sein kann, ist insbesondere die Wasserstoffabsorptionsgeschwindigkeit derartiger Schichten verhältnismäßig gering, so daß ζ. Β. bei Neutronengeneratoren, in denen im Betrieb Drücke von 10~² bis 10~⁴ mm Hg Anwendung finden, Schwierigkeiten bei der Druckregelung auftreten können.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Wasserstoffergänzers für eine elektrische Entladungsröhre, bei dem ein Bauteil der Röhre mit einer Schicht aus feinverteiltem Metall, wie Zirkon oder Titan, bedeckt wird, das imstande ist, auf umkehrbare Weise Wasserstoff aufzunehmen und wieder abzugeben, und nach der Entgasung der Röhre und der Elektroden zumindest teilweise mit Wasserstoff gesättigt wird, wird gemäß der Erfindung die Schicht aus feinverteiltem Metall erst nach der Entgasung der Röhre und der Elektroden durch Verdampfung des Metalls in einer Edelgasatmosphäre oder durch Zerstäubung des Metalls in einer Edelgas-Glimmentladung angebracht und Verfahren zum Herstellen
eines Wasserstoff ergänzers
für eine elektrische Entladungsröhre,
ferner mit einem so hergestellten Wasserstoffergänzer versehene Gasentladungsröhre,
sowie Verwendung so hergestellter Wasserstoffergänzer in einem Neutronengenerator

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 25. November 1960 (Nr. 258 414)

Otto Reifenschweiler, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

zugleich oder danach mit Wasserstoff gesättigt und schließlich das überschüssige Gas abgepumpt.

Verdampfung oder Zerstäubung nach der Entgasung kann das Metallpulver nicht mehr verunreinigen, während außerdem durch die Verdampfung oder Zerstäubung in einem Edelgas ein sehr feines Korn von der Größenordnung von 100 A erhalten wird, dessen Oberfläche im Verhältnis zum Gewicht außergewöhnlich groß ist, so daß sich eine große Absorptions- und Desorptionsgeschwindigkeit ergibt. Das Edelgas wird nach der Zerstäubung unter Verdampfung abgepumpt. Wasserstoff und/oder eines der beiden Isotope kann bzw. können bereits während der Verdampfung oder Zerstäubung in einem Edelgas vorhanden sein oder erst nachher zugelassen werden.

In einer zweckmäßigen Durchführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird das zu verdampfende Metall als Bedeckung auf eine Verdampferwendel aufgebracht, von dieser abgedampft und auf eine die Verdampferwendel umgebende dünnwandige Metallhülle aufgedampft. Der so hergestellte Wasserstoffergänzer wird vorzugsweise in einer elektrischen Gasentladungsröhre verwendet, wobei die Verdampferwendel als betriebsmäßiger Heizkörper für

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die dünnwandige Metallhülle mit der aufgedampften Schicht dient und der Wasserstoffergänzer innerhalb der Röhre angeordnet ist oder derart aus der Röhrenwand herausragt, daß die Metallhülle einen Teil der Röhrenwand bildet. Infolge seines Aufbaus hat der Wasserstoffergänzer eine geringe Wärmekapazität und spricht somit schnell auf die Schwankungen in der Temperatur des Heizkörpers an. Wenn die Metallhülle mit der Schicht aus feinverteiltem Metall aus ist es dann schwierig, beim Abpumpen des Argongases die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

In Fig. 4 befindet sich der Wasserstoffergänzer 1 mit dem Heizkörper 2 im Metallteil 12 eines Neutronengenerators, dessen Ionenquelle aus einer Molybdänanode 13 und einer durch zwei Molybdänplatten 14 und 15, deren letztere eine Öffnung 16 aufweist, gebildeten Kathode besteht. Die Anode 13 wird von einem Zuführungsdraht 17 getragen, der durch

der Röhrenwand herausragt, ergibt sich der Vorteil io einen Isolierring 18 von der Weicheisenbuchse 19 geeiner besseren Wärmeableitung und somit einer noch trennt ist, die zusammen mit einem Block Dauerkürzeren Einstellzeit. magnetstahl 20 den Magnetkreis für die Ionenquelle

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines nach der Erfindung hergestellten Wasserstoffergänzers

in einem an sich bekannten Neutronengenerator, der 15 ergänzer 1 angeordnet ist. Ein Glaskörper 22 trägt die durch eine Trennwand mit einer Sondenelektrode oder Hohlelektrode 23, in der sich die Auftreffplatte 24 beim allgemeinen mit dem Kanal (Strömungswiderstand) findet. Die Anode der Ionenquelle hat im Betrieb eine der Ionenquelle in zwei Teile unterteilt ist und in jeder
Röhrenhälfte beiderseits der Trennwand einen Wasserstoffergänzer enthält, von denen beim Betrieb des 20
Generators der eine als Wasserstoffabgeber und der
andere als Wasserstoffabsorber dient.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 einen Wasserstoffergänzer zur Anordnung innerhalb der Röhre,

Fig. 2 eine Einzelheit der Verdampferwendel und Fig. 3 einen vor der Röhre vorstehenden Wasserstoffergänzer darstellt, während

Fig. 4 und 5 zwei Neutronengeneratoren mit Wasserstoffergänzern nach der Erfindung darstellen. In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Nickelrohr mit einer Wanddicke von 0,1 mm, einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 30 mm, in dem sich ein Heizkörper 2 befindet, der aus einem Kerndraht 3 aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0,4 mm besteht, auf den eng aneinandergepreßt ein Wolframdraht 4 mit einem Durchmesser von 0,3 mm und ein Titandraht 5 mit einem Durchmesser von 0,3 mm gewickelt

sind. Ein Ende des Heizkörpers 2 ist am oberen Ende 4° Tülle 35 abgeschirmt. Die Röhre wird folgendermaßen des Rohres befestigt, und das untere Ende ist durch betrieben: Die Schicht 7 im unteren Wasserstoffeinen keramischen Isolator 6 gegen das Rohr isoliert. ergänzer ist anfangs frei von den Wasserstoffisotopen Die verdampfte Titanschicht ist mit 7 bezeichnet. Deuterium und Tritium, während die Schicht 7 des

In Fig. 3 bezeichnet 8 einen Teil der metallenen Rohrwand, in der eine Chromeisentülle 9, die auf einem Teil 10 der Länge eine Wanddicke von nur 0,3 mm hat, durch Löten befestigt ist. Auf diesem dünnwandigen Teil befindet sich die aufgedampfte Titanschicht 7, die vom Heizkörper 2 herrührt, der

hier durch eine Glaskappe 11 isoliert eingeführt ist. 50 geschickt, so daß sich eine Hochfrequenzentladung Das andere Ende des Heizkörpers 2 ist leitend mit ergibt. An die Elektrode 28 wird eine Spannung von der Röhrenwand 8 verbunden.
Wenn die Entladungsröhre, von der ein Wasserstoff

bildet. Die Weicheisenbuchse 19 wird vom Nickelrohr 21 getragen, innerhalb dessen der Wasserstoff-

Spannung von 2000 V in bezug auf die Kathode. Die Elektrode 23 erhält dann eine Spannung von —125 kV in bezug auf die Ionenquelle. Der Ionenstrom beträgt 0,1 mA bei einem Druck von etwa 3 · 10 ~⁴ mHg. Der Druck wird mit Hilfe der Temperatur des Heizkörpers 2 in Abhängigkeit von der Stärke des Ionenstromes oder der Neutronenausbeute geregelt. Das Gas in der Röhre und das in der feinverteilten Metallschicht 7 aufgenommene Gas bestehen aus einem äquimolekularen Gemisch aus Deuterium und Tritium.

In Fig. 5 ist ein Neutronengenerator durch eine aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehenden Scheibe 25 in zwei Hälften unterteilt, die durch die Glaskörper 26 und 27 gebildet werden. In der oberen Hälfte ist weiter eine stabförmige Elektrode 28 und in der unteren Hälfte eine zylindrische Elektrode 29 mit Auftreffplatte 30 angebracht. Zwischen der mit einer engen Öffnung versehenen Elektrode 31, die sich in der Scheibe 25 befindet, und der Elektrode 29 ist eine Beschleunigungselektrode 32 angeordnet. Die Sondenelektrode 31 ist durch den Glaskegel 34 mit

oberen Wasserstoffergänzers mit diesen Isotopen gesättigt ist. Der untere Wasserstoffergänzer wird jetzt kalt gehalten, und der obere wird erhitzt, so daß Deuterium und Tritium bis zu einem Druck von ΙΟ"² mm Hg frei werden. Durch die Spule 33 wird ein Hochfrequenzstrom von 20 MHz hindurch-

ergänzer nach Fig. 1 oder 3 einen Teil bildet, entgast und entlüftet ist, wird Argon mit einem Druck von 10 mm Hg in sie zugelassen, wonach der Heizstrom durch den Wasserstoffergänzer allmählich auf etwa 30 A gesteigert wird; nach der Verdampfung des Titans sinkt dieser Strom auf etwa 20 A ab und wird dann durch Erhöhung der Heizspannung wieder auf etwa 25 A gesteigert. Von der bewickelten Länge des Kerndrahtes 3, die etwa 25 mm beträgt, sind dann 25 mg Titan abgedampft. Das Argongas wird abgepumpt, und Wasserstoff oder die erwünschten Isotope oder ein Gemisch wird bzw. werden zugelassen und unmittelbar in der feinverteilten Metallschicht aufgenommen. Erforderlichenfalls kann das Isotop sich bereits im Argongas befinden, aber bei einem Überschuß 10 kV positiv in bezug auf die Elektrode 31 angelegt, so daß Ionen zur Sondenelektrode 31 getrieben werden. Durch die negative Spannung der Elektroden 30 und 32 werden aus der Elektrode 31, die als Sonde wirkt, Deuterium- und Tritiumionen herausgezogen, die auf die Auftreffplatte 30 geworfen werden. Der Gasdruck im Raum 27 kann nicht ansteigen, weil der kalt gehaltene untere Wasserstoffergänzer das eintretende Gas, das nicht in der Auftreffplatte 30 aufgenommen wird, sofort absorbiert. Der Ionenstrom kann bei zweckmäßiger Ausbildung der Sondenelektrode 31 bis etwa 10 mA betragen, so daß bei einer Gesamtspannungsdifferenz zwischen der Sonde und der Elektrode 29 von 150 kV die Ausbeute 10¹¹ Neutronen in der Sekunde sein kann. Die im oberen Wasserstoffergänzer aufgenommene Gasmenge genügt, um die Röhre etwa 20 Stunden zu betreiben.

Dann muß die Röhre regeneriert werden. Dies kann folgendermaßen erfolgen: Der obere Wasserstoffergänzer wird kalt gehalten, und der untere wird erhitzt, so daß sämtliches Deuterium und Tritium ausgetrieben wird. Nach kurzer Zeit befindet sich samtliches Deuterium und Tritium wieder im oberen Wasserstoffergänzer und kann die Röhre erneut in Betrieb gestellt werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: xo

1. Verfahren zum Herstellen eines Wasserstoffergänzers für eine elektrische Entladungsröhre, bei dem ein Bauteil der Röhre mit einer Schicht aus feinverteiltem Metall, wie Zirkon oder Titan, bedeckt wird, das imstande ist, auf umkehrbare Weise Wasserstoff aufzunehmen und wieder abzugeben, und nach der Entgasung der Röhre und der Elektroden zumindest teilweise mit Wasserstoff gesättigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus feinverteiltem Metall erst nach der Entgasung der Röhre und der Elektroden durch Verdampfung des Metalls in einer Edelgasatmosphäre oder durch Zerstäubung des Metalls in einer Edelgas-Glimmentladung angebracht und zugleich oder danach mit Wasserstoff gesättigt wird und daß schließlich das überschüssige Gas abgepumpt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdampfende Metall als Bedeckung auf eine Verdampferwendel aufgebracht, von dieser abgedampft und auf eine die Verdampferwendel umgebende dünnwandige Metallhülle aufgedampft wird.

3. Nach einem Verfahren nach Anspruch 2 hergestellter Wasserstoffergänzer in einer elektrischen Gasentladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferwendel als betriebsmäßiger Heizkörper für die dünnwandige Metallhülle mit der aufgedampften Schicht dient und daß der Wasserstoffergänzer innerhalb der Röhre angeordnet ist oder derart aus der Röhrenwand herausragt, daß die Metallhülle einen Teil der Röhrenwand bildet.

4. Verwendung nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 hergestellter Wasserstoffergänzer in einem Neutronengenerator, der durch eine Trennwand mit einer Sondenelektrode oder im allgemeinen mit dem Kanal (Strömungswiderstand) der Ionenquelle in zwei Teile unterteilt ist und in jeder Röhrenhälfte beiderseits der Trennwand einen Wasserstoffergänzer enthält, von denen beim Betrieb des Generators der eine als Wasserstoffabgeber und der andere als Wasserstoffabsorber dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 012 381,
031 438;
USA.-Patentschrift Nr. 2 497 911.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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