Скрытый процесс ядерной коррозии: ученые впервые засняли разрушение урана изнутри

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL, США) совершили прорыв, детально отследив начальные этапы взаимодействия урана с водородом. Этот фундаментальный результат имеет огромное значение для атомной отрасли, технологий хранения водородного топлива и проектирования термоядерных реакторов, где подобные коррозионные процессы способны спровоцировать преждевременный износ и разрушение критически важных компонентов.

Специалисты подчеркивают: глубокое понимание химии взаимодействия водорода с металлами является ключом к решению ряда сложных задач. Полученные данные позволят эффективнее прогнозировать поведение трития в условиях термоядерного синтеза, повысить безопасность систем хранения водорода и значительно продлить эксплуатационный ресурс ядерных топливных элементов.

При соприкосновении урана с водородом запускается каскад химических реакций, результатом которых становится гидрид урана. В процессе поглощения водорода атомы газа диффундируют в кристаллическую решетку металла. Поскольку объем образующегося гидрида превышает объем исходного вещества, внутри материала создаются значительные внутренние напряжения.

В ходе деградации на поверхности металла образуются вздутия — «блистеры». Их разрыв приводит к выбросу частиц гидрида и открытию неповрежденных слоев урана, что делает процесс самоподдерживающимся и прогрессирующим.

Ранее детальное изучение этого феномена было невозможно: доступные методы позволяли фиксировать только уже развившиеся повреждения, упуская момент возникновения первых микродефектов. Чтобы восполнить этот пробел, команда применила метод оптической интерферометрии в белом свете. Эта технология дает возможность с филигранной точностью отслеживать микроскопические изменения топографии поверхности в динамике, не оказывая при этом разрушительного воздействия на объект исследования.

Итоги эксперимента принесли сюрпризы: очаги образования гидрида возникали не в тех зонах, которые предсказывали теоретические модели. Кроме того, коррозия распространялась преимущественно латерально — вдоль поверхности, а не вглубь, как считалось ранее.

В ближайших планах ученых — проведение серии тестов при вариативных показателях давления и температуры. Разработанный аналитический подход обещает быть востребованным далеко за пределами ядерной физики: он может быть адаптирован для изучения коррозионной стойкости перспективных конструкционных материалов, накопителей водорода и даже специфических типов сверхпроводящих соединений.

В конечном итоге эти открытия станут фундаментом для разработки высокоточных прогностических моделей старения материалов, работающих в экстремальных условиях атомной и термоядерной энергетики.

Источник: iXBT