npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562923030132CSEGSZnpe-376Research ArticleТвердые тела в экстремальных условияхSolids Under Extreme ConditionsОСОБЕННОСТИ ЗАХВАТА ВОДОРОДА ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОНАМИ В РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХFeatures of Hydrogen Trapping under Electron Irradiation of Zirconium Alloys in Various Gaseous AmbientЕвсинА. Е.EvsinA. E.aeevsin@mephi.ruЖдановИ. Д.ZhdanovI. D.aeevsin@mephi.ruКондратьевИ. Е.KondratievI. E.aeevsin@mephi.ruСаввинН. О.SavvinN. O.aeevsin@mephi.ruБеграмбековЛ. Б.BegrambekovL. B.aeevsin@mephi.ruНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”Russian Federation202417122024153282290Copyright © Евсин А.Е., Жданов И.Д., Кондратьев И.Е., Саввин Н.О., Беграмбеков Л.Б., 20242024Евсин А.Е., Жданов И.Д., Кондратьев И.Е., Саввин Н.О., Беграмбеков Л.Б.Evsin A.E., Zhdanov I.D., Kondratiev I.E., Savvin N.O., Begrambekov L.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/376

В работе исследуются закономерности захвата водорода под действием облучения циркониевых сплавов Э110 и Э635 потоком электронов (400 эВ, 0.8 мА/см2) в различных газовых средах, содержащих кислород и водород (Ar + O2 + H2; Ar + H2O). Изучается влияние температуры поверхности на характер наводороживания циркониевых сплавов при электронном облучении. Показано, что ни выдержка, ни облучение электронами в газовой среде, содержащей смесь H2 и O2, при 700 К в течение 20 ч не приводят к изменению уровня водорода в сплаве Э110, в то время как из сплава Э635 водород частично выходит в процессе эксперимента. Количество водорода в циркониевых сплавах после выдержки в газовой среде, содержащей H2O, в аналогичном температурно-временном режиме также меняется незначительно, однако, если в этих условиях облучать сплавы электронами, то в них становится в 1.5–2 раза больше водорода. При повышении температуры образцов до 900 К электронное облучение в присутствии паров воды, наоборот, снижает захват водорода в сплавы Э110 и Э635, по сравнению с выдержкой в той же газовой среде без облучения. Сделан вывод о том, что электронное облучение воздействует на баланс поверхностных реакций образования гидроксильных групп из адсорбированных молекул воды и обратных им реакций образования молекул воды из поверхностных гидроксилов. Направление смещения баланса этих реакций зависит от температуры поверхности.

Hydrogen trapping under the irradiation of E110 and E635 alloys by electron flux (400 eV, 0.8 mA/cm2) in various oxygen- and hydrogen-containing gaseous ambient (Ar + O2 + H2; Ar + H2O) is studied in this work. The effect of surface temperature on hydrogenation of zirconium alloys under electron irradiation is discussed. It is shown that neither exposure nor electron irradiation in a gaseous ambient containing a mixture of H2 and O2 at T = 700 K for 20 h does not alternate the hydrogen level in the E110 alloy, whereas hydrogen partially escapes from the E635 alloy during the experiment. The amount of hydrogen in zirconium alloys after exposure to a H2O-containing gaseous ambient at the same temperature-time regime also changes insignificantly, however, if the alloys are irradiated with electrons under these conditions, the hydrogen content in them increases by 1.5–2 times. When the temperature of the samples is raised to 900 K, electron irradiation in the presence of water vapor, on the contrary, reduces hydrogen trapping in alloys E110 and E635, compared with a similar experiment without irradiation. It is concluded that electron irradiation affects the balance of surface reactions of formation of hydroxyls from adsorbed water molecules and inverse reactions of formation of water molecules from surface hydroxyls. The direction of the shift in the balance of these reactions depends on the surface temperature.

циркониевые сплавыводородэлектронное облучениенаводороживаниетермодесорбционная спектрометрияzirconium alloyshydrogenelectron irradiationhydrogenationthermal desorption spectrometryИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Госкорпорации “Росатом” в рамках научного проекта № 20-21-00026.ReferencesMotta A.T., Couet A., Comstock R.J. // Ann. Rev. Mater. Res. 2015. V. 45. P. 311. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070214-020951Motta A.T., Couet A., Comstock R.J. // Ann. Rev. Mater. Res. 2015. V. 45. P. 311. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070214-020951Cox B. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 336. P. 331. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.09.029Cox B. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 336. P. 331. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.09.029Slobodyan M. // Nucl. Eng. Des. 2021. V. 382. P. 111364. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111364Slobodyan M. // Nucl. Eng. Des. 2021. V. 382. P. 111364. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111364Fromhold A.T. // Nature. 1963. V. 200 (4906). P. 559. https://doi.org/10.1038/200559a0Fromhold A.T. // Nature. 1963. V. 200 (4906). P. 559. https://doi.org/10.1038/200559a0Beck R.B. // Appl. Surf. Sci. 1988. V. 35 (1). P. 76. https://doi.org/10.1016/0169-4332(88)90039-6Beck R.B. // Appl. Surf. Sci. 1988. V. 35 (1). P. 76. https://doi.org/10.1016/0169-4332(88)90039-6Carl D.A. et al. // J. Appl. Phys. 1991. V. 70 (6). P. 3301. https://doi.org/10.1063/1.349264Carl D.A. et al. // J. Appl. Phys. 1991. V. 70 (6). P. 3301. https://doi.org/10.1063/1.349264Larionov V. et al. // Condens. Matter. 2018. V. 3 (2). P. 17. https://doi.org/10.3390/condmat3020017Larionov V. et al. // Condens. Matter. 2018. V. 3 (2). P. 17. https://doi.org/10.3390/condmat3020017Tyurin Yu., Chernov I. // Int. J. Hydr. Energy. 2002. V. 27 (7-8). P. 829. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(01)00153-7Tyurin Yu., Chernov I. // Int. J. Hydr. Energy. 2002. V. 27 (7-8). P. 829. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(01)00153-7Tyurin Y.I. et al. // Tech. Phys. 2011. V. 81 (1). P. 35. https://doi.org/10.1134/S1063784211010245Tyurin Y.I. et al. // Tech. Phys. 2011. V. 81 (1). P. 35. https://doi.org/10.1134/S1063784211010245Kurnaev V. et al. // Fus. Eng. Des. 2013. V. 88 (6-8). P. 1414. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2012.12.022Kurnaev V. et al. // Fus. Eng. Des. 2013. V. 88 (6-8). P. 1414. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2012.12.022Voronov G.S. et al. // Plasma Phys. Rep. 2013. V. 39 (4). P. 277. https://doi.org/10.1134/S1063780X13040090Voronov G.S. et al. // Plasma Phys. Rep. 2013. V. 39 (4). P. 277. https://doi.org/10.1134/S1063780X13040090Evsin A.E. et al. // Vacuum. 2016. V. 129 (1). P. 183. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2016.01.022Evsin A.E. et al. // Vacuum. 2016. V. 129 (1). P. 183. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2016.01.022Begrambekov L.B. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44 (31). P. 17154. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.198Begrambekov L.B. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44 (31). P. 17154. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.198Juillet C. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44 (39). P. 21264. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.06.034Juillet C. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44 (39). P. 21264. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.06.034Juillet C et al. // Corros. Sci. 2020. V. 173. P. 108762. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108762Juillet C et al. // Corros. Sci. 2020. V. 173. P. 108762. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108762Timkovskiy G.P. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2036 (1). P. 012033. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2036/1/012033Timkovskiy G.P. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2036 (1). P. 012033. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2036/1/012033Nakatsuji H. et al. // J. Phys. Chem. 1994. V. 98 (46). P. 11840. https://doi.org/10.1021/j100097a008Nakatsuji H. et al. // J. Phys. Chem. 1994. V. 98 (46). P. 11840. https://doi.org/10.1021/j100097a008

The authors declare that there are no conflicts of interest present.