Ученые МИФИ научили водород проникать через оксидированные слои на поверхности металла

18 Апреля 2016

Давно и хорошо известно, что оксидированные слои на поверхности металлов являются барьером для проникновения водорода как в металл, так и из металла. В экспериментах, проведённых в НИЯУ МИФИ на кафедре «Физика плазмы» было показано, что проникновением водорода через поверхностные оксидированные слои металла можно управлять облучением поверхностного оксида атомарными или ионными потоками.

В частности, при облучении оксидированной поверхности атомами водорода или ионами водородной плазмы с тепловыми скоростями ускоряется проникновение водорода через поверхность и его захват в металле. А если в облучающем поверхность потоке атомов или ионов присутствует примесь кислорода, происходит удаление водорода из металла. Это явление получило название «Радиационно-ускоренное проникновение водорода через поверхностные оксидные слои металлов» (Radiation Enhanced Penetration – «REP»).

Эксперименты, проводившиеся в течение более трех лет на кафедре, позволили не только обнаружить это явления, но и изучить закономерности его проявления в самых разных случаях (разные металлы, разные оксидные слои, разные составы и режимы облучения и т.п.).

Данной работой руководил (постановка задачи на эксперименты, обсуждение результатов и, в конечном итоге, установление механизма явления) профессор Беграмбеков Леон Богданович. Аспиранты А.С. Каплевский и А.Е. Евсин провели большую часть работ по подготовке и проведению экспериментов, по измерению закономерностей явления в различных условиях, по обработке и обсуждению результатов экспериментов.

Результаты эксперимента важны, но основную ценность имеет понимание того, какие процессы обуславливают явление, при каких условиях и как это явление проявляется, и, следовательно, как им (то есть проникновением водорода через оксидированную поверхность) управлять.

Обнаружение и объяснение этого явления актуально, поскольку может помочь улучшить работу многих устройств и установок. Например, так называемые нейтронные трубки служат для генерации потоков нейтронов. Один из основных элементов трубок – это тонкий титановый слой, насыщенный изотопами водорода. Чем выше концентрация изотопов водорода в титановом слое, тем больше поток производимых трубками нейтронов и время работы трубки (её ресурс).

Понимание природы явления, о котором идёт речь, позволит так подобрать состав поверхностного оксидного слоя на титане и так вести эксплуатацию трубки, чтобы минимизировать непроизводительные потери изотопов водорода из титанового слоя и, соответственно, увеличить производительность и ресурс работы трубки.

В атомных реакторах, типа ВВЭР, циркониевые оболочки твэлов, имеющие на поверхности оксидный слой, предотвращают контакт водорода из водного теплоносителя с ураносодержащим материалом твэла. Ресурс работы твэлов ограничивается тем, что в результате взаимодействия с водой активной зоны реактора и с ионами водорода и водородосодержащими радикалами, образующимися в воде из-за нейтронного облучения, происходит эрозия циркониевых оболочек, нарушается их целостность, теряются барьерные свойства по отношению к диффузии водорода.

Понимание процессов на поверхности оболочки твэлов позволяет создать на их поверхности такой оксидный слой, который, как показали эксперименты, значительно тормозит их деградацию, проникновение в них водорода. В результате, открывается путь к увеличению ресурса твэлов и улучшению экономических показателей реакторов.

Стенки вакуумной камеры создающегося Международного термоядерного реактора (ИТЭР) и контактирующие с плазмой компоненты, а также металлическая пыль, образующаяся в процессе его работы, будут поглощать тритий. В результате, реактор очень скоро может стать настолько радиоактивным, что его дальнейшая эксплуатация станет невозможной.

Результаты проведённых экспериментов показывают, какой должен быть состав плазмы, чтобы предотвратить накопление трития в контактирующих с плазмой материалах и, таким образом, сделать эксплуатацию реактора безопасной.

Пресс-служба МЦ Armtorg по материалам НИЯУ МИФИ

Метки ВВЭР НИЯУ МИФИ

Смотрите также:

Запорная арматура для ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск» объявлена в закупках ПАО Газпром

Запорная арматура для ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск» объявлена в закупках ПАО "Газпром"

ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск» объявило о закупке запорной арматуры для нужд (для субъектов малого или среднего...

На ЗиО-Подольске сертифицирована «Фабрика процессов»

На ЗиО-Подольске сертифицирована «Фабрика процессов»

В ПАО «ЗиО-Подольск» (входит в машиностроительный дивизион Росатома – Атомэнергомаш) успешно прошла сертификация первой в...

ЗАО «АК «Фобос» стало дипломантом Всероссийского конкурса Программы «100 лучших товаров России»

ЗАО «АК «Фобос» стало дипломантом Всероссийского конкурса Программы «100 лучших товаров России»

16.11.2017 года ЗАО «АК «Фобос» в результате экспертизы на федеральном уровне получило Диплом Всероссийского конкурса «100 лучших товаров...


Последние добавления библиотеки(Предложить книгу)