Этот метод также можно применять для изучения деградации гидридных сверхпроводников.
Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе (LLNL) впервые наблюдали и охарактеризовали начальные стадии водородно-урановой коррозии.
«Ключевые направления развития передовых энергетических технологий, такие как термоядерный синтез, хранение водорода и ядерное топливо, требуют понимания реакции разложения металла на водород», — говорится в новом исследовании.
«Эти знания позволяют характеризовать эффекты удержания трития для повышения долговечности компонентов, контактирующих с плазмой, в термоядерной энергетике, надежности материалов и защитных оболочек для хранения водорода, а также повышения эффективности топливного цикла и срока службы ядерного топлива».
Для регистрации начала реакции команда использовала неразрушающий метод визуализации. Полученные результаты позволят исследователям создать более точные модели деградации компонентов урана с течением времени.
«Нам удалось добиться отслеживания поверхности урана в реальном времени в водородной среде в течение длительного времени реакции, что позволило собрать первые в своем роде статистические данные о деградации, которые лучше определяют и помогают моделировать процесс деградации урана», — говорится в исследовании.
Подобно эффекту «гейзера».
При взаимодействии газообразного водорода с металлическим ураном образуется реакционноспособный порошок, и начинается неконтролируемая реакция.
Учёный из LLNL Джибрил Шитту сравнил это взаимодействие с гейзером. Сначала водород растворяется и диффундирует в металлический уран. Как только уран больше не может удерживать газ, два вещества соединяются, образуя новое соединение, называемое гидридом урана.
Поскольку гидрид урана занимает больший объем, чем исходный металлический уран, внутреннее давление возрастает. Это давление выталкивает материал вверх, образуя на поверхности неглубокий пузырь. В конце концов, пузырь лопается, высвобождая порошок гидрида урана и обнажая свежий металл, что ускоряет реакцию.
«Вкратце: адсорбция, диссоциация, диффузия, накопление, образование пузырей, разрыв, отслаивание», — заметил Шитту. «Это цикл, и как только он начинается, его трудно остановить».
Отслеживание начала реакции
Исторически отслеживание начала этой реакции было сложной задачей. Два стандартных метода мониторинга, используемые в полевых условиях, эффективно работают только после того, как реакция уже в самом разгаре, оставляя начальные этапы незарегистрированными.
Для решения этой проблемы команда LLNL использовала интерферометрию белого света. Этот метод измеряет, как свет отражается от поверхности урана по сравнению с эталонным лучом, создавая небольшую топографическую карту.
Данная технология не затрагивает и не разрушает материал. Поэтому команда многократно сканировала одну и ту же поверхность на протяжении всей реакции, чтобы создать покадровую запись.
Полученные данные выявили неожиданные закономерности: гидридные пузырьки не появлялись там, где предсказывали модели, а коррозия распространялась горизонтально по поверхности, а не глубоко в металл.
Можно перевестись в другие области.
«Эта работа проводилась в узком диапазоне температур, при одном и том же давлении водорода и одном и том же состоянии материала», — отметила группа в пресс-релизе. «Следующий шаг — распространить ее на более широкий диапазон условий».
Бесконтактный метод визуализации также может быть применен в других областях, например, для исследования деградации гидридных сверхпроводников или общей промышленной коррозии металлов.
«Результаты позволят создать более точные и физически обоснованные модели процессов деградации компонентов урана», — заключили исследователи.
Sourse: interestingengineering.com
