Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории впервые сумели детально зафиксировать микроскопический процесс взаимодействия урана с водородом, который приводит к быстрому разрушению плотного металла и превращению его в мелкодисперсный порошок, сообщает Ertenmedia.kz.
Загадка длиною в 75 лет
Реакция гидрирования урана представляет давнюю проблему для атомной отрасли. Газообразный водород глубоко проникает в структуру урана и запускает агрессивный цикл коррозии. В результате металл теряет прочность и осыпается. Понимание этого процесса критически важно: обедненный уран используют в защитных контейнерах для отработанного топлива, а похожие реакции угрожают стойкости материалов в будущих термоядерных реакторах.
Более 75 лет исследователи не могли увидеть самый первый момент зарождения коррозии. Традиционные методы базировались на измерении общего давления газа или изменении массы образца. Однако такой подход не обладал достаточной чувствительностью на микроуровне.
Попытки зафиксировать начало разрушения взвешиванием образца или замером давления напоминали попытку заметить трещину в одном кирпиче взвешиванием целого небоскреба.
Технология и кинетика разрушения
Преодолеть технический барьер ученым помог метод интерферометрии белого света (WLI). Система работает аналогично сверхточной трехмерной оптической камере. Световые волны непрерывно отражаются от исследуемой плоскости и формируют топографическую картину изменений рельефа с субмикронной точностью без физического контакта с металлом.
Процесс коррозии протекает ступенчато. Водород диффундирует внутрь решетки урана до достижения предела растворимости, после чего образуются гидриды урана. Они значительно превосходят исходный металл по объему и создают колоссальное внутреннее механическое давление, деформируя поверхность.
На 78-й минуте эксперимента первый микроскопический вздувшийся очаг достиг критических параметров: 1,79 микрометра в высоту и 17,58 микрометра в диаметре. Это значительно тоньше человеческого волоса. Защитный оксидный слой разорвался, выбросив наружу частицы гидридного порошка.
После прорыва наружного слоя чистый уран напрямую вступил в контакт с водородом. Это вызвало взрывное ускорение реакции: за четыре часа разрушилось 42,7% поверхности металла.
Практическая польза для ядерной индустрии
Ученые определили стабильную скорость продвижения фронта растрескивания и отслаивания металла — она составила 0,91 микрометра в минуту. Точные количественные данные позволяют создать детальные физические модели деградации урановых сплавов.
Полученные параметры помогут инженерам проектировать более надежные контейнеры долговременного захоронения высокорадиоактивных отходов. Кроме того, результаты исследования пригодятся физикам-ядерщикам при разработке прочных элементов защиты первой стенки в перспективных термоядерных установках.
📌 Подписывайтесь на Telegram-канал Ertenmedia: коротко о главном, самая актуальная информация здесь!
