Изотопный эффект при взаимодействии водорода с материалами термоядерных реакторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Представлено суммирование результатов исследований по изучению транспортных характеристик изотопов водорода в ряде материалов термоядерных реакторов – ферритно-мартенситных сталях, аустенитных сталях, CuCrZr-бронзе. Параметры транспорта трития в материалах получают, опираясь на экспериментально измеренные параметры переноса водорода и дейтерия в тех же материалах, в рамках классической теории диффузии. В работе обсуждается применимость такого подхода. Показано, что значительная часть экспериментальных данных не согласуется с предположениями, основанными на классической теории диффузии. Для точного предсказания потоков трития через материалы термоядерных установок требуются иные подходы.

Об авторах

Т. А. Шишкова

НИЦ “Курчатовский институт”; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: anfimova_t_a@mail.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

А. В. Голубева

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: anfimova_t_a@mail.ru
Россия, Москва

М. Б. Розенкевич

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Автор, ответственный за переписку.
Email: anfimova_t_a@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Kuteev B.V., Goncharov P.R. // Fusion Science and Technology. 2020. V. 76. № 7. P. 836. https://doi.org/10.1080/15361055.2020.1817701
  2. Бекман И.Н. Математика диффузии: учебное пособие. Москва: Издательство ОнтоПринт, 2016. 400 с.
  3. Taylor Ch.N. // Journal of Nuclear Materials. 2022. V. 558. P. 153396. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153396
  4. Черданцев Ю.П., Чернов И.П., Тюрин Ю.И. Методы исследования систем металл-водород: учебное пособие. Томск: Издательство ТПУ, 2008. 286 с.
  5. Андреев Б.М., Магомедбеков Э.П., Розенкевич М.Б., Сахаровскии Ю.А. Гетерогенные реакции изотопного обмена трития. М.: Издательство Эдиториал УРСС, 1999. 203 с.
  6. Glugla M., Antipenkov A., Beloglazov S., Caldwell-Ni-chols C. // Fusion Eng. Des. 2007. V. 82. № 5. P. 472. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.02.025
  7. Михайлов В.Н., Евтюхин В.А., Люблинский И.Е. и др. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. М.: Энергоатомиздат, 1999. 526 с.
  8. Chen J.M., Chernov V.M., Kurtz R.J., Muroga T. // J. of Nuclear Materials. 2011. V. 417. № 1-3. P. 289–294. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.02.015
  9. Li M., Zinkle S.J. // Comprehensive Nuclear Materials. 2012. V. 4. P. 667. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-056033-5.00122-1
  10. Dolinski Yu., Lyasota I., Shestakov A. et al. // Ibid. 2000. V. 283–287. P. 854. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(00)00314-7
  11. Causey R.A. // Ibid. 2002. V. 300. № 2–3. P. 91. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(01)00732-2
  12. Мерер Х. Диффузия в твердых телах: монография. Долгопрудный: Интеллект, 2011. 535 с.
  13. Causey R.A., Karnesky R.A., San Marchi C. // Comprehensive Nuclear Materials. 2012. P. 511. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-056033-5.00116-6
  14. Писарев А.А., Цветков И.В., Маренков Е.Д., Ярко С.С. // Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM’11 JUNIOR: сборник докладов Седьмой международной школы молодых ученых и специалистов. Саров: ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ”. 2012. С. 450.
  15. Oriani R. // Acta Metallurgica. 1970. V. 18. № 1. P. 147. https://doi.org/10.1016/0001-6160(70)90078-7
  16. Marchi C.S., Somerday B.P., Robinson S.L. // Intern. J. of Hydrogen Energy. 2007. V. 32. № 1. P. 100. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.05.008
  17. Wert C., Zener C. // Physical Review. 1949. V. 76. № 8. P. 1169. https://doi.org/10.1103/physrev.76.1169
  18. Лобко В.Н. // Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM’10. Сборник докладов Четвертой Международной конференции и Шестой Международной Школы молодых ученых и специалистов. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2011. С. 270.
  19. Esteban G.A., Perujo A., Douglas K., Sedano L.A. // J. of Nuclear Materials. 2000. V. 281. № 1. P. 34. https://doi.org/10.1016/s0022-3115(00)00188-4
  20. Sivak A.B., Sivak P.A., Romanov V.A., Chernov V.M. // Ibid. 2015. Vol. 461. P. 308. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.03.031
  21. Grabke H.J., Riecke E. // Mater. Tehnol. 2000. V. 34. № 6. P. 331.
  22. Houben A., Scheuer J., Rasiński M. et al. // Nuclear Materials and Energy. 2020. V. 25. P. 100878. https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100878
  23. Aoyagi K., Torres E., Suda T., and Ohnuki S. // J. of Nuclear Materials. 2000. V. 283-287. P. 876. https://doi.org/10.1016/s0022-3115(00)00140-9
  24. Gorley M., Aiello G., Henry J., Nozawa T. et al. // Fusion Engineering and Design. 2021. V. 170. P. 112513. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112513
  25. Компаниец Т.Н. // Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM-09 JUNIOR. Сборник докладов Четвертой Международной конференции и Шестой Международной Школы молодых ученых и специалистов. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2010. С. 35.
  26. Компаниец Т.Н. // ВАНТ. Сер. Терм. Синтез. 2009. № 3. С. 16.
  27. Колотов В.П. Теоретические и экспериментальные подходы к решению задач активационного анализа, гамма-спектрометрии и создания малоактивируемых материалов: Автореф. дис. … доктора хим. наук: М.: Ин-т геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, 2007. 48 с.
  28. Kulsartov T.V., Hayashi K., Nakamichi M. et al. // Fusion Engineering and Design. 2006. V. 81. № 1–7. P. 701. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.07.019
  29. Xu Y., Hirooka Y., Nagasaka T. // Fusion Engineering and Design. 2017. V. 125. P. 343. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.04.022
  30. Serra E.E., Perujo A., Benamati G. // J. of Nuclear Materials. 1997. V. 245. № 2–3. P. 108. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00021-4
  31. Zhou H., Hirooka Y., Ashikawa N. et al. // Ibid. 2014. V. 455. № 1–3. P. 470. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.07.061
  32. Wedig F., Jung P. // Ibid. 1997. V. 245. № 2–3. P. 138. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00014-7
  33. Chen Z., Hu X., Ye M., Wirth B.D. // Ibid. 2021. V. 549. P. 152904. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.152904
  34. Dolinsky Y.N., Zouev Yu.N., Lyasota I.A. et al. // Ibid. 2002. V. 307–311. P. 1484. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01128-5
  35. Barabash V., Peacock A., Fabritsiev S. et al. // Ibid. 2007. V. 367–370. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.03.017
  36. Xiukui S., Jian X., Yiyi L. // Materials Science and Engineering: A. 1989. V. 36. P. 179. https://doi.org/10.1016/0921-5093(89)90857-5
  37. Cherkez D.I., Golubeva A.V., Spitsyn A.V., Chernov V.M. // Journal of Nuclear Materials. 2022. V. 571. № 1. P. 154017. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.154017
  38. Byeon W.J., Lee S.K., Noh S.J. // Intern. J. of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. № 15. P. 8827. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.01.130
  39. Nemanič V., Žumer M., Kovač J. // J. of Nuclear Materials. 2019. V. 521. P. 38. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.04.043
  40. Houben A., Engels J., Rasiński M., Linsmeier C. // Nuclear Materials and Energy. 2019. V. 19. P. 55. https://doi.org/10.1016/j.nme.2019.01.030
  41. Quick N.R., Johnson H.H. // Metallurgical Transactions A. 1979. V. 10. № 1. P. 67.
  42. Lee S.K., Yun S.-H., Joo H.G., Noh S.J. // Current Applied Physics. 2014. V. 14. № 10. P. 1385. https://doi.org/10.1016/j.cap.2014.08.006
  43. Shiraishi T., Nishikawa M., Yamaguchi T., Kenmotsu K. // J. of Nuclear Materials. 1999. V. 273. № 1. P. 60. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(99)00018-5
  44. Shiraishi T., Nishikawa M., Fukumatsu T. // Ibid. 1998. V. 254. № 2–3. P. 205. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00362-0
  45. Shan C., Wu A., Li Y. et al. // Ibid. 1991. V. 179–181. P. 322. https://doi.org/10.1016/0022-3115(91)90091-K
  46. Swansiger W.A., Bastasz R. // Ibid. 1979. V. 85–86. P. 335. https://doi.org/10.1016/0022-3115(79)90512-9
  47. Barabash V.R., Kalinin G.M., Fabritsiev S.A., Zinkle S.J. // Ibid. 2011. V. 417. № 1–3. P. 904. 10.1016/j.jnucmat.2010.12.158' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.jnucmat.2010.12.158
  48. Qu D., Zhou Z., Yum Y., Aktaa J. // Ibid. 2014. V. 455. № 1–3. P. 130. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.04.026
  49. Noh S.J., Byeon W.J., Shin H.W. et al. // Ibid. 2016. V. 473. P. 112. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2016.01.035
  50. Serra E., Perujo A. // Ibid. 1998. V. 258–263. Part 1. P. 1028. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00276-1
  51. Zhou H.-S., Liu H.-D., An Z.-Q. et al. // Ibid. 2017. V. 493. P. 398. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.06.028
  52. Esteban G.A., Alberro G., Peñalva I. et al. // Fusion Engineering and Design. 2009. V. 84. № 2–6. P. 757. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.12.007
  53. Peñalva I., Alberro G., Legarda F. et al. Interaction of Copper Alloys with Hydrogen // Copper alloys – early applications and current performance – enhancing processes. 2012. P. 31. https://doi.org/10.5772/34469
  54. Reiter F., Forcey K.S., Gervasini G. A Compilation of Tritium–Material Interaction Parameters in Fusion Reactor Materials // Report EUR 15217 EN. 1993
  55. Tanabe T., Yamanishi Y., Sawada K., Imoto S. // J. of Nuclear Materials. 1984. V. 123. № 1–3. P. 1568. https://doi.org/10.1016/0022-3115(84)90304-0
  56. Lyu Y.-M., Xu Y.-P., Liu H.-D. et al. // Int. J. Hydrog. Energy. 2019. V. 44. № 33. P. 18265. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.05.046
  57. Birnbaum H.K., Wert C.A. // Ber. Bunsenges. Physik. Chem. 1972. V. 76. P. 806. https://doi.org/10.1002/bbpc.19720760835
  58. Esteban G.A., Peña A., Legarda F., Lindau R. // J. of Nuclear Materials. 2007. V. 367–370. P. 473. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.03.114

© Т.А. Шишкова, А.В. Голубева, М.Б. Розенкевич, 2023