СПОСОБ НАПОЛНЕНИЯ МИКРООБОЛОЧЕК ГАЗОМ Российский патент 2004 года по МПК H05H6/00 G21B1/00 

Область техники

Изобретение относится к технологии изготовления микромишеней для инерционного термоядерного синтеза, а именно к заполнению микромишеней газами в случае, когда проницаемость стенок мишени слишком мала, чтобы использовать обычную диффузию.

Уровень техники

При наполнении полимерных или стеклянных микрооболочек смесью дейтерий-тритий используют диффузию газа. Согласно этому методу пустые микрооболочки помещают в контейнер, который заполняют газообразной смесью дейтерий-тритий до определенного давления, нагревают до температуры диффузии. Под действием внешнего давления и температуры молекулы газа диффундируют внутрь оболочки. После выдержки в течение некоторого времени температура доводится до комнатной, а давление снижается до атмосферного. Далее наполненные оболочки вынимаются из контейнера [1]. Недостатком этого метода является то, что с его помощью стеклянные оболочки можно наполнять лишь легкими газами - гелием, изотопами водорода и неоном. Для более тяжелых газов - аргона, ксенона и др. этот метод не годится из-за очень малой проницаемости стеклянных стенок при температурах, при которых стеклянные оболочки не разрушаются. Кроме того, прочные оболочки из металла очень трудно наполнить даже легкими газами.

Известен способ, в котором для наполнения стеклянных оболочек тяжелыми газами в стенке делают малое отверстие, после чего это отверстие заклеивается в атмосфере требуемого газа при требуемом давлении [2].

Недостатком этого метода является сложность и, главное, необходимость нарушения целостности оболочки, в результате чего уменьшается ее прочность. Кроме того, отверстие в оболочке и клей являются источником газодинамических возмущений при сжатии оболочки, что ведет к уменьшению степени сжатия и нейтронного выхода в экспериментах по ЛТС.

В качестве прототипа выбран способ [1], как наиболее близкий по технической сущности.

Сущность изобретения

Техническая задача. Технической задачей настоящего изобретения является заполнение стеклянных оболочек тяжелыми газами без макроскопического нарушения их целостности.

Технический результат. Технический результат изобретения заключается в увеличении пределов управления проницаемостью стенок оболочки, позволяющих наполнять малопроницаемые оболочки газами без нарушения их целостности.

Технический результат в заявляемом способе достигается тем, что по сравнению с известным способом, основанным на диффузии и включающим загрузку микрооболочек в контейнер, подачу в него газа до требуемого давления и выдержку по времени при повышенной температуре с последующим охлаждением, новым является то, что после заполнения контейнера газом микрооболочки подвергают воздействию потока частиц высокой энергии в течение времени, достаточного для создания радиационных повреждений, увеличивающих проницаемость. После заполнения оболочки газом проницаемость оболочки уменьшают путем ее нагрева.

Благодаря такому управлению проницаемостью становится возможным наполнение газом микрооболочек без нарушения их целостности.

На чертежах представлены характеристические рентгеновские спектры микрооболочек, обработанных по заявляемому способу на примере заполнения аргоном фиг.1 и по способу прототипа фиг.2. На чертежах по оси ординат отложена энергия рентгеновских квантов, а по оси абсцисс - спектральная интенсивность рентгеновского излучения. Из сравнения спектров фиг.1 и 2 видно, что на спектре фиг.1 проявилась Кα - линия аргона (2,96 кэВ), в то время как на спектре фиг.2 ее нет. Присутствие Кα - линии аргона указывает на наличие аргона внутри оболочки.

Заявляемый способ реализуется следующим образом. Пустые микрооболочки помещают в контейнер, который заполняют газом до требуемого давления. Далее микрооболочки подвергают воздействию потока частиц высокой энергии в течение определенного времени. При этом возникают радиационные повреждения структуры оболочки, вызывающие увеличение проницаемости стенок. После этого контейнер с газом и оболочками помещают в печь, где проводится выдержка при повышенной температуре, величина которой зависит от материала оболочки. При этом проницаемость стенки сначала увеличивается еще больше, а затем по мере релаксации радиационных повреждений опять становится малой и после охлаждения заключенный внутри оболочки газ не выходит наружу.

Пример. На нашем предприятии проводились исследования радиационно-стимулированной диффузии аргона в стекле. Стеклянные микросферы диаметром 300-400 мкм помещались в ячейки контейнера, который заполнялся аргоном до 10 атм и закрывался. После выдержки в облучаемой зоне ядерного реактора в течение 2 недель контейнер подвергался отжигу (нагрев, выдержка при повышенной температуре и последующее охлаждение) в печи при температуре около 400°С. Далее контейнер был вскрыт и наполненные микросферы извлечены из ячеек. После этого мишени были исследованы на наличие внутри них аргона рентгено-флуоресцентным методом.

На фиг.1 и 2 показаны характеристические рентгеновские спектры мишени, подвергнувшейся такой обработке и обработанной по способу прототипа соответственно. Видно, что на спектре фиг.1 проявилась Кα - линия аргона, а на спектре фиг.2 ее нет.

Таким образом экспериментально доказана физическая возможность предлагаемого метода.

По предлагаемому способу можно наполнять малопроницаемые оболочки такими газами, как изотопы водорода, служащие термоядерным топливом, а также тяжелые газы, применяемые для диагностических целей. Кроме того, изобретение может быть использовано для заполнения газом прочных микробаллонов для его длительного хранения.

Источники известности

1. R.J.Fries, E.H.Farnum. /Laser fusion target fabrication. /LA-5703-SR, 1975. - прототип.

2. G.M.Halpern. /Microfabrication and microcharacterization techniques for laser fusion targets. /J. Vac. Sci. Technol., v. l7, N.5, 1184, 1980.

Применение: изобретение относится к технологии изготовления микромишеней для инерционного термоядерного синтеза. Сущность: способ наполнения микрооболочек основан на диффузии и включает загрузку микрооболочек в контейнер, заполнение его газом до требуемого давления, выдержу по времени при повышенной температуре и последующее охлаждение. Новым в способе является то, что перед выдержкой по времени при повышенной температуре микрооболочки подвергают воздействию потока частиц высокой энергии. Технический результат: увеличение пределов управления проницаемостью микрооболочек, позволяющее наполнять газами малопроницаемые оболочки. 2 ил.

Способ наполнения микрооболочек газом, основанный на диффузии и включающий загрузку микрооболочек в контейнер, подачу в него газа до требуемого давления, выдержку по времени при повышенной температуре и последующее охлаждение, отличающийся тем, что после заполнения контейнера газом перед выдержкой по времени при повышенной температуре микрооболочки подвергают воздействию потока частиц высокой энергии.