[科普中国]-氚靶

用来产生中子的一种常用的加速器靶。氚靶也常作为β源广泛用于气相色谱等工作中。

应用加速器中子源获得中子, 常常是利用氖核质子轰击含氖靶物质, 进行核反应,产生快中子, 这种作为靶子的含氖物质通常称为氛靶。由于氚衰变放出β粒子对气体有一定的电离作用，β源广泛用于气相色谱等工作中。此外β粒子被吸附氚的载体（钛或锆等）阻滞后能产生韧致辐射，故氚靶也可作为韧致辐射源使用。氚靶能发射最大能量18keV的具有连续谱的韧致辐射。1

分类根据应用及制备方法不同, 氖靶可以分为气体靶、固体靶和金属氛化物靶。根据结构的不同，氚靶可分为气体靶和吸附靶两类。气体靶由于充气室薄窗气密性差，易破裂而造成氚的沾污，使用不多。吸附靶靶中氚含量可达

10的10次方Bq级，使用温度低于200度时无明显损失现象。根据靶中使用载体材料的不同，吸附性靶还可分为氚钛靶、氚锆靶和氚钪靶等多种类型。

这种氖靶是加速器中最常用的, 使用最方便的一种靶子。在加速器中, 利用氘核轰击氚靶进行T (d ,n)4 H e 反应产生14 兆电子伏中子, 也可利用质子轰击氘靶进行T ( P ,n)3 H e 反应产生1.2 兆电子伏中子。最初, 人们仅仅利用这种核反应产生的, 能量单一的快中子进行种种的核物理实验。

金属氛化物靶的结构、制备和性能结构金属氖化物靶由两个部分组成: 上面一层是金属氖化物薄膜, 下面一层是金属衬底。载体金属最常用的是钛、其次是锆, 近年来作为放射源使用的氖靶, 其载体普遍用金属钪或钇。此外, 也有提出用稀土金属如镧、铈、锆、镨、钕等。衬底的金属, 用得较多的是铂和铜, 也有用不锈钢、银、铜、金等。衬底金属的选择要注意使衬底和载体金属的粘结性良好, 同时还具有良好的导热性。在需要中子源具有较好的单色性时, 衬底金属选择还应注意在氘( 或质子) 打到衬底核上时, 要尽可能少引起产生中子的核反应。2

制备金属氚化物靶是用某种金属作为氖的载体, 使氛和载体金属通过物理一化学作用形成金属氘化物。制备时, 首先选择好衬底金属, 做成一定几何形状的底片, 进行严格的清洗, 去除表面的油腻和氧化物。然后在这种底片上用真空镀膜法镀一层载体金属。最后将镀好载体金属的底片进行吸氛。即成为金属氚化物靶。

性能衡量金属氘化物靶性能的指标, 有金属氛化物的化学稳定性、热稳定性、原子比、氘化物层的厚度以及载体和衬底的粘结性等。性能的好坏直接影响氚靶的使用效果。

化学稳定性氚化物层要有足够的化学稳定性, 使它暴露在大气中不和氧、氮、二氧化碳、水蒸气等发生化学反应, 否则, 氚会因此被取代出来, 使氚靶失效。氚靶化学稳定性, 取决于载体金属的化学特性。

热稳定性金属氖化物遇热时要发生解离作用, 即发生氚从金属中逸出。氚化物层的热稳定性直接影响靶子的使用效果。用于加速器中的靶子, 热稳定性愈好, 则中子产额愈高, 工作寿命愈长。

原子比它是指氚化物中金属与氖原子数的比例, 即一个金属原子能结合多少个氖原子。在加速器中使用氚靶时, 靶子原子比的大小影响加速器的中子产额和靶子的工作寿命, 原子比愈大, 则中子产额愈高, 寿命愈长。

厚度根据氛靶不同的用途, 选择不同的氖化物层的厚度。在加速器中使用时,氖化物层的厚度取决于人射粒子的能量, 能量大时, 厚度可以厚些。

本词条内容贡献者为:

李炜炜 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心