Ученые МИФИ научили водород проникать через оксидированные слои на поверхности металла

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.

На фото группа разработчиков эксперимента: профессор Беграмбеков Леон Богданович, аспиранты А.С. Каплевский и А.Е. Евсин (кафедра №21).

 
По теме
26 марта в Российском государственном гуманитарном университете прошло заседание ученого совета, в ходе которого были вручены ведомственные награды работникам вуза, намечены новые векторы международного сотрудничества университета,
Студенты ИИЯ на международной конференции «Парламентаризм в странах Востока» - МГПУ Студенты направления Востоковедение и африканистика (китайский язык) ИИЯ приняли участие в работе международной конференции «Парламентаризм в странах Востока», проходящей в Государственной Думе Российской Федерации.
МГПУ
Счет шел на секунда: как врачи спасали жизни пострадавших в теракте в «Крокусе» - Вечерняя Москва Заместитель главного врача по медчасти НИИ скорой помощи им. Склифосовского Артем Саприн во флагманском центре, куда доставили многих пострадавших в результате теракта в «Крокус Сити Холле».
Вечерняя Москва
Столичные врачи смогут определять патологии позвоночника с помощью ИИ-сервиса - Информационный Центр фото: mos.ru Московские медработники при помощи сервиса искусственного интеллекта получат возможность на магнитно-резонансной томограмме шейного отдела позвоночника определять образование грыж, протрузий и стеноза.
Информационный Центр
28 марта 2024, 23:42 — Общественная служба новостей — ОСН Онколог и колопроктолог Аркадий Беджанян предупредил об опасности дивертикулеза — патологического процесса, который может привести к серьезным последствиям.
ИА Общественная служба новостей
Как организовать идеальную камерную свадьбу: руководство по организации для 10-20 гостей - На правах рекламы Организация свадьбы в современных условиях предполагает новые подходы. Часто жених с невестой ограничиваются скромным празднованием и готовы потратить средства на 10 человек.
На правах рекламы