LLNL сняла в реальном времени начало водородной коррозии урана
Физики из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса впервые в реальном времени наблюдали самые ранние стадии водородной коррозии урана. Команда следила за одной и той же областью металлической поверхности и зафиксировала момент, когда внутри материала начинает формироваться гидрид урана. Для атомной отрасли и термоядерных установок это практический результат: именно такие дефекты со временем ускоряют деградацию материалов.
При контакте водорода с ураном атомы газа сначала оседают на поверхности, затем проникают в кристаллическую решетку. После этого образуется гидрид урана, который занимает больший объем, чем исходный металл. Внутри материала растет локальное давление, на поверхности появляются вздутия, а при их разрушении наружу выбрасываются частицы гидрида и открываются новые участки для реакции. Из-за этого коррозия переходит в самоподдерживающийся режим.
Главная проблема в таких исследованиях состояла в том, что обычные методы замечали повреждения уже на развитой стадии. LLNL применила белосветной оптической интерферометрии, которая позволяет отслеживать микроскопические изменения рельефа без разрушения образца. Наблюдения показали, что первые очаги гидрида возникают не там, где ожидали существующие модели, а сама коррозия распространяется в основном вдоль поверхности, а не вглубь металла.
Результат выходит за пределы работы с ураном. Водородное охрупчивание и связанная с ним коррозия остаются одной из главных инженерных проблем для трубопроводов, резервуаров и деталей реакторов. В термоядерных проектах вопрос еще чувствительнее: дейтерий и тритий взаимодействуют со стенками камеры, а накопление изотопов в материале влияет и на ресурс узлов, и на требования к безопасности. Для урана есть и отдельный риск: гидрид урана пирофорен, то есть может воспламеняться при контакте с воздухом.
Исследователи собираются повторить эксперименты при других температурах и давлениях. Это важно, потому что скорость проникновения водорода и характер роста дефектов сильно зависят от режима работы материала. Если методику удастся перенести на другие металлы, она может пригодиться не только в ядерной отрасли, но и в системах хранения водорода. По оценкам Международного энергетического агентства, спрос на водород в промышленности и энергетике будет расти, а вместе с ним вырастет и цена ошибки в выборе материалов.
