Читать онлайн «Проницаемость водорода через металлы: учебное пособие»

Федеральное агентство по образованию Московский инженерно-физический институт (государственный университет) А. А. Писарев, И. В. Цветков, Е. Д. Маренков, С. С. Ярко Проницаемость водорода через металлы Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва 2008 УДК 621. 039. 6(075) ББК 22. 333я7 П 81 Проницаемость водорода через металлы: учебное пособие / А. А. Писарев, И. В. Цветков, Е. Д. Маренков, С. С. Ярко. М. : МИФИ, 2008. – 144 с. Рассмотрены основные закономерности проницаемости водорода че- рез металлы. Это направление научно-технических исследований является актуальным как для конкретных задач реализации проекта ИТЭР (анализ утечек трития через конструкционные материалы в термоядерных реакто- рах), так и в целом для водородной энергетики. Пособие суммирует ре- зультаты исследований за последние годы, опубликованные в журналь- ных статьях. Учебное пособие предназначено студентам кафедры «Физика плазмы» и молодым специалистам, специализирующимся по взаимодействию плазмы с поверхностью. Пособие подготовлено в рамках Инновационной образовательной про- граммы МИФИ. Рецензент доц. , канд. физ. -мат. наук Г. И. Жабрев ISBN 978-5-7262-1089-6  Московский инженерно-физический институт (государственный университет), 2008 2  ГЛАВА 1 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТРАНСПОРТА ВОДОРОДА В МЕТАЛЛЕ В процессе прониконовения водорода через металлическую мембрану можно выделить две основные стадии: проникновение через поверхность и перемещение в глубине металла, т. е. собствен- но диффузию. 1. 1. Закон Фика Атомы водорода в кристаллической решетке твердого тела либо могут находиться в равновесных межузельных положениях, либо быть захваченными в различного рода дефектах. Водород в дефек- тах обычно сильно связан, и его транспорт, как правило, затруднен. Поэтому транспорт водорода обычно происходит за счет переме- щения между узлами решетки атомов водорода. На рис. 1. 1 схематически показаны три положения атома водо- рода (черный кружок) в кристаллической решетке атомов металла (белые кружки). 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 4 6 4 5 6 5 а m b Рис. 1. 1. Схематическое изображение положения атома водорода в решетке металла при переходе из одного межузельного положения в другое На левом и правом рисунках (a и b) атом водорода расположен в равновесных положениях в двух соседних междоузлиях, а на сред- 3 нем рисунке он показан в промежуточном неравновесном положе- нии при переходе между этими двумя междоузлиями. В равновесии атом водорода находится в «потенциальной яме». При переходе между равновесными положениями он должен преодолеть потен- циальный барьер.