Исследование гидрированного титана, облученного нейтронами методами термостимулированного газовыделения и термоэдс

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрена десорбция водорода из гидрированного титана после его облучения тепловыми нейтронами. Исследование проведено методами термостимулированного газовыделения и термоэдс. В ходе ядерных превращений в облучаемом нейтронами титане образуется водород, радиоактивный ванадий 51V, γ-активный изотоп 46Sc, γ-кванты с энергией от 220 до 1120 кэВ в зависимости от энергии нейтронов. Интенсивность γ-излучения зависит от концентрации водорода, содержащегося в предварительно насыщенном водородом титане. Наличие γ-излучения следует учитывать при создании нейтронной защиты на основе титана. При облучении интерметаллических соединений, предназначенных для накопления и транспортировки водорода, происходит потеря атомов титана и нарушается его первоначальный стехиометрический состав в условиях выхода водорода из зоны облучения. При облучении титана нейтронами наблюдается изменение концентрации водорода в образцах и перераспределение водорода между твердым раствором и гидридными фазами титана.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. И. Тюрин

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: tyurin@tpu.ru

Инженерная школа ядерных технологий

Россия, Томск, 634050

В. В. Ларионов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: tyurin@tpu.ru

Инженерная школа ядерных технологий

Россия, Томск, 634050

В. А. Варлачев

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: tyurin@tpu.ru

Инженерная школа ядерных технологий

Россия, Томск, 634050

Список литературы

  1. Bannenberg L.J., Heere M., Benzidi H. et al. //Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. P. 33687. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.08.119
  2. Ушаков С.С., Кудрявцев AС., Карасёв EA. // Вопросы материаловедения. 2006. Т. 1 (45). С. 68.
  3. Gusev M.N., Maksimkin O.P., Garner F.A. // J. Nucl. Mater. 2010. V. 403. P. 121. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2010.06.010
  4. Ушаков С.С., Кожевников O.A. // Вопросы материаловедения. 2009. Т. 3 (59). С. 172.
  5. Ночовная Н.А. // ВИАМ. 2007. Вып. “Перспективы развития и применения титановых сплавов для самолетов, ракет, двигателей и судов”. С. 4.
  6. Bauer P. Superconductor Engineer. Development of HTS Current Leads for the ITER Project. Report No. TR-18-001. RR 4-6.
  7. Улин И.В., Фармаковский Б.В., Гюлиханданов Е.Л. // Вопросы материаловедения. 2019. Т. 4 (100). С. 97.
  8. Gu T., Gu J., Zhang Y., Ren H. // Progr. Chem. 2020. V. 32. P. 665. https://doi.org/10.7536/PC190829
  9. Власенко Н.И., Коротченко Н.М., Летвиненко С.Л. // Ядерная и радиационная безопасность. 2009. Т. 4. С. 33.
  10. Larionov A.S., Chekushina L.V., Suslov E.E. // Mater. Sci. Forum. 2019. V. 945. Р. 660. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.660
  11. Swittendick A.C. // J. Less Common. Met. 1984. V. 101. P. 191. https://doi.org/10.1016/0022-5088(84)90094-8
  12. Yastrebinsky R.N., Pavlenko V.I., Karnauhov V.L., Cherkashina A.A., Yastrebinskaya N.I., Gorodov AV. // Sci. Technol. Nucl. Install. 2021. V. 2021. Р. 6658431. https://doi.org/10.1155/2021/6658431
  13. Ильин A.A., Колачев Б.A., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, строение, свойства. Справочник. M.: ВИЛС–МАТИ, 2009. 520 с.
  14. Kuriiwa T., Maruyama T., Kamegawa A., Okada M. // Int. J. Hydrogen En. 2010. V. 35. P. 9082. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.06.024
  15. Andreev V.N., Каpralova V.M., Klimov V.A. // Solid State Phys. 2007. V. 49. № 12. P. 2146.
  16. Wang J.Y., Jeng R.R., Nieh J.K., Lee S., Lee S.L., Bor H.Y. // Int. J. Hydrogen En. 2007. V. 32. № 16. P. 3959. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.05.025
  17. Zhang Y.L., Li J.S., Zhang T.B., Hu R., Xue X.Y. // Int. J. Hydrogen En. 2013. V. 38. № 34. P. 14675. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013. 09.040
  18. Gondor G., Lexcellent C. // Int. J. Hydrogen En. 2009. V. 34. P. 5716 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.05.070
  19. Rajalakshmi N., Dhathathreyan K.S. // Int. J. Hydrogen En. 1999. V. 24. P. 625. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(98)00121-9
  20. Chernov I.P., Larionov V.V., Lider A.M., Maximova N.G. // Indian J. Sci.Technol. 2015. V. 8. № 36. P. 1. https://doi.org/10.17485/ijst/2015/v8i36/90582
  21. MacDonald P.E., Mager T.R., Brumovsky M., Erve M., Banic M.J., Fardy C. Assessment and Management of Ageing of Major Nuclear Power Plant Components Important to Safety: PWR Pressure Vessels, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, 1999.
  22. Schoenfelder C.W., Swisher J.H. // J. Vac. Sci. Technol. 1973. V. 10. P. 862. https://doi.org/10.1116/1.1318443
  23. Vlasenko N.I., Korotenko M.N. Lytvynenko S.L., Stovbun V.V., Morozov I.A., Morozova R.A., Skorochod V.V., Medvedyev V.I. // Nucl. Radiat. Safety. 2009. V. 4. P. 33. https://doi.org/10.32918/nrs.2009.12-4(44).05
  24. Zhang G., Sang G., Xiong R., Kou H., Liu K., Luo W. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319915007284// Int. J. Hydrogen En. 2015. V. 40. P. 6582. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.03.107
  25. Chernov I.P., Rusetsky А.S., Кrasnov D.N., Larionov V.V., Sigfusson T.I., Tyurin Y.I. // J. Eng. Thermophys. 2011. V. 20. № 4. P. 360. https://doi.org/10.1134/S1810232811040059
  26. Chernov I.P., Rusetskii A.S., Krasnov D.N., Larionov V.V., Lyakhov B.F., Saunin E.I., Tyurin Y.I. // J. Exp. Theor Phys. 2011. V. 112. № 6. P. 952. https://doi.org/10.1134/S1063776111050104
  27. Tyurin Y.I., Larionov V.V., Chernov I.P., Sklyarova E.A. // Tech. Phys. 2011. V. 56. № 1. P. 30. https://doi.org/10.1134/S1063784211010245
  28. Вербецкий В.Н., Лушников С.A, Мовлаев Э.A. // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 8. С. 850. https://doi.org/10.7868/S0002337X15080199
  29. Oh S.Y., Kawano T., Kahler S., Dashdorj D., Cowell S. // AIP Conf. Proc. 2008. V. 1005. P. 34. https://doi.org/10.1063/1.2920741
  30. Tyurin Y.I., Sypchenko V.S., Nikitenkov N.N., Zhang H., Chernov I.P. // Int. J. Hydrogen En. 2019. V. 44. P. 20223. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.05.185
  31. Yastrebinskii R.N., Pavlenko V.I., Gorodov A.I., Yastrebinskaya A.V., Akimenko A.V. // Russ. Eng. Res. 2023. V.43. № 9. P. 1. https://doi.org/10.3103/s1068798x23090265
  32. Garzarolli F.H., Stehle H., Steinberg E. // Zirconium in the Nuclear Industry: Eleventh International Symposium, 1996. P. 12. https://doi.org/10.1520/MNL12116R
  33. Schoenfelder C.W., Swisher J.H. // J. Vac. Sci. Technol. 1973. V. 10. P. 862. https://doi.org/10.1116/1.1318443
  34. Ястребинский Р.Н., Карнаухов А.А., Павленко В.И., Городов А.И., Акименко А.В., Фанина Е.А. // Вестн. Белгород. гос. технолог. ун-та им. В.Г. Шухова. 2022. Т. 7. № 12. С. 86. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2022-7-12-86-93
  35. Fukai Y. The Metal–Hydrogen System: Basic Bulk Properties. N.Y.: Spriger, 2009. 507 р.
  36. Hagi T., Sato Y., Yasuda M., Tanaka K. // Trans. Jpn Institute Met. 1987. V. 28. № 3. P. 198. https://doi.org/10.2320/matertrans1960.28.198
  37. Bowman R.C. Jr., Rhim W.-K. // Phys. Rev. B. 1981. V. 24. № 04. P. 2232. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.24.2232
  38. Shupen S., Kudiiarov V.N., Li K., Larionov V.V. // Russ. Metall. (Metally). 2020. № 11. P. 1276. https://doi.org/10.1134/S0036029520110142
  39. Varlachev V.A., Emets E.G., Kuznetsov S.I., Bogdan A.M., Varlacheva N.V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2014. V. 552. № 1. Р. 012049. https://doi.org/10.1088/1742-6596/552/1/012049
  40. Варлачев В.А., Эмитс E.Г., Солодовников E.С. // Изв. вузов. Физика. 2009. № 11/2. С. 409.
  41. Varlachev V.A., Solodovnikov E.S. // Instrum. Exp. Tech. 2009. V. 52. № 3. P. 342. https://doi.org/10.1134/S0020441209030063
  42. Larionov V.V., Varlachev V.A, Shupeng X. // Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. P. 15302. https://doi.org/0.1016/j.ijhydene.2020.04.014
  43. Bachkatov N.V., Sorokin N.L. // Solid State Phys. 1989. V. 31. № 5. P. 326.
  44. Varlachev V.A., Golovatsky A.V., Emets E.G., Butko Y.A. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. V. 135. Р. 012047. https://doi.org/10.1088/1757-899X/135/1/012047
  45. Щербаков А.С., Кацнельсон М.И., Трефилов А.В., Сорокин Н.С., Валиулин Э.Г. // Письма в ЖЭТФ. 1987. Т. 46. Вып. 9. С. 367.
  46. Vaks V.G., Trefilov A.V., Fomichev S.V. // Sov. Phys. JETP. 1981. V. 53. № 4. P. 830.
  47. Tyurin Y., Larionov V., Murashkina T., Sigfusson T. // Condens. Matter. 2018. V. 3. № 2. P. 1. https://doi.org/10.3390/condmat3020017
  48. Ono S., Nomura K., Ikeda Y. // J. Less-Common Met. 1982. V. 72. № 2. P. 159. https://doi.org/10.1016/0022-5088(80)90135-6
  49. Bowman R.C., Rhim J. // Phys. Rev. B. 1981. V. 24. № 4. P. 2232. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.24.2232
  50. Bruckner W., Opperman H., Reichelt W., Terukov E.I., Tschudnovskii F. // Vanadium Dioxide. Berlin: Akademie-Verlag, 1983. Р. 252.
  51. Cutler M., Mott N. // Phys. Rev. 1969. V. 181. № 3. Р. 1336. https://doi.org/10.1103/PhysRev.181.1336
  52. Mott N.F., Davis E.A. Electron Processes in Non-Crystalline Materials. Oxford, 1979.
  53. Звягин И.П. Кинетические явления в неупорядоченных полупроводниках. M.: МГУ, 1984. 189 с.
  54. Graener H., Rosenberg M., Whal T.E., Jones R.B. // Phil. Mag. B. 1981. V. 44. P. 389.
  55. Mattheiss L.F., Hamann D.R. // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. № 1. P. 823. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.33.823
  56. Lu W., Singh D., Krauker H. // Phys. Rev. B. 1987. V. 36. № 14. P. 7335. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.36.733
  57. Moruzzi V.L., Janak J.F., Williams A.R. Calculated Electronic Properties of Metals. New York: Pergamon, 1978.
  58. Каганов М.И., Лифшиц И.М. // УФН. 1979. Т. 129. С. 487.
  59. Каролик А.С. // Материаловедение. 2011. № 4. С. 5.
  60. Каролик А.С. // Физика металлов и металловедение. 1988. Т. 65. № 3. С. 463.
  61. Seeger K. Semiconductor Physics. An Introduction. Berlin–New York: Springer–Verlag, 1982. 322 р.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость интенсивности выделения водорода из необлученного и облученных образцов титана ВТ1-0 в ходе линейного нагрева со скоростью 1 град/с: 1 — исходный, не облученный, не насыщавшийся водородом, 0.7 ат. %; 2 — исходный, облученный, 4.8 ат. %; 3 — насыщенный водородом, облученный, 14 ат. %; 4 — насыщенный водородом, облученный, 12 ат. %; 5 — насыщенный водородом, облученный, 17 ат. %. Флуенс 7.2 × 1017см–2. Масштаб кривых 1 и 2 увеличен в пять раз.

Скачать (19KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость температуры максимума выделения водорода от концентрации водорода СН в необлученных (1) и облученных (2) образцах титана ВТ1-0.

Скачать (14KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетная (1) и экспериментальная (2) кривые термостимулированного выделения водорода из насыщенных водородом методом Сивертса, но необлученных образцов ВТ 1-0. СН = 16 ат. %, Tmax = 640 и 753°С.

Скачать (15KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость термоэдс от концентрации водорода СН в титане ВТ1-0 до облучения. Область перегиба 0.03–0.05 мас. % соответствует фазовому переходу α→γ твердый раствор–гидрид титана, Т = 70°C.

Скачать (2KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость термоэдс от концентрации водорода СН в титане ВТ1-0 после облучения при температуре: 50 (1); 60 (2); 70°C (3).

Скачать (2KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость термоэдс от температуры технического титана, содержащего ванадий и алюминий: 1 — ВТ-6; 2 — ВТ1-0; 3 — алюминий АД1-123; 4 — ванадий окисленный; 5 — ванадий металлический; 6 — ΔТ = 55–58°С; 7 — ΔТ = 60–65°С.

Скачать (16KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость разности термоэдс ΔЕ облученного Еобл и необлученного Е0 титана от концентрации водорода в титане ВТ1-0 при различных температурах измерительного зонда: 45 (1); 65 (2); 75 (3); 90°С (4).

Скачать (15KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость разности термоэдс ΔЕ облученного Еобл и необлученного титана Е0 от обратной температуры для концентрации водорода СН = 0.36 мас. %: 1 — облученный титан (есть ванадий); 2 — окисленный ванадий без водорода; 3 — касательная к кривой 2.

Скачать (12KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025