Исследование взаимодействия энергетических водородных частиц с ниобием: пограничные процессы, абсорбция, проницаемость тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Алимов, Василий Николаевич

• Алимов, Василий Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Алимов, Василий Николаевич

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ ВОДОРОДНЫХ ЧАСТИЦ С МЕТАЛЛАМИ И ВОДОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕМБРАН.

1.1. Взаимодействие водорода с металлом в изотермических условиях.

1.1.1. Растворимость и диффузия водорода в металлах.

1.1.2. Влияние пограничных процессов на водородопроницаемость.

1.2. Водородопрницаемость металлов в неравновесных условиях.

1.2.1. Взаимодействие металлических мембран с тепловыми атомами водорода. Эффект сверхпроницаемости.

1.2.2. Взаимодействие металлических мембран с ускоренными ионами водорода.

1.2.3. Проникновение водорода сквозь металл из плазмы газового разряда.

1.3. Изучение кинетики хемосорбции и растворения водорода в экспериментах по водородопроницаемости металлов.

1.4. Задачи данной работы.

2. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ВОДОРОД-НИОБИЙ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПОГРАНИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ВОДОРОДА С НИОБИЕМ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ВОДРОДНЫХ ЧАСТИЦ НИЗКОЙ ЭНЕРГИИ (~1 -250 эВ).

3.1. Мотивация исследования.

3.2. Экспериментальная установка (PMD) и методика эксперимента.

3.2.1. Схема экспериментальной установки.

3.2.2. Методика эксперимента.

3.3. Определение кинетических коэффициентов пограничных процессов в экспериментах с плазмой.

3.3.1. Определение а0, ccl из процесса установления выходного давления при компрессии.

3.3.2. Оценка времен т, и т™

3.3.3. Оценка времен rvdr и т"г.

3.4. Получение сверхпроницаемости из плазмы.

3.4.1. Начальная молекулярная проницаемость. Эффект осаждения Та.

3.4.2. Атомарная проницаемость до включения плазмы при атомизации Н2 на накаленных нитях катодов).

3.4.3. Проницаемость из плазмы.

3.4.4. Сравнение проницаемости при генерации атомарного водорода накалёнными нитями (катодами) и при работе с плазмой.

3.5. Проницаемость при воздействии потока энергетичных водородных частиц на входную поверхность мембраны.

3.6. Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА НА ПОГРАНИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПРИ ИОННОЙ БОМБАРДИРОВКЕ.

4.1. Техника эксперимента.

4.2. Экспериментальные результаты.

4.2.1. Эффекты ионной бомбардировки при повышенной концентрации кислорода

4.2.2. Влияние изменений концентрации растворённого О на проницаемость под ионной бомбардировкой.

4.3. Зависимость проницаемости от энергии в области< 50 эВ.

4.3.1. Влияние растворенного кислорода и температуры.

4.3.2. Изотопный эффект, эффект Не.

4.4. Причины немонотонной зависимости проникающего потока от энергии ионов.

4.5. Выводы.

5. КИНЕТИКА ПОГРАНИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПОВЕРХНОСТЬ Nb ПОТОКОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОДОРОДА И ПРИМЕСЕЙ: УГЛЕРОДА И КОМПОНЕНТОВ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ

СТАЛИ.

5.1. Экспериментальная установка.

5.2. Результаты экспериментов по взаимодействию Nb мембраны с потоками энергетичных водородных частиц, содержащих примесь С.

5.2.1. Потоки углеродных частиц.

5.2.2. Влияние температуры на рост углеродных пленок на поверхности Nb образца.

5.2.3. Роль карбидов металлов Va группы.

5.3. Работа с мишенью из аустенитной нержавеющей стали

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование взаимодействия энергетических водородных частиц с ниобием: пограничные процессы, абсорбция, проницаемость»

Взаимодействие водорода с металлами является предметом изучения на протяжении вот уже более ста лет. Это обусловлено тем, что с одной стороны, процессы взаимодействия с поверхностью и решеткой металлов простейших атомов, к которым в первую очередь относится водород, представляют несомненный интерес с точки зрения фундаментальной науки. С другой стороны требует решения целый ряд технических проблем - выделение водорода из газовых смесей и его очистка, откачка D/T и разделение D/T и Не смеси в системах управляемого термоядерного синтеза (УТС) и т.д.

Одно из достижений последних десятилетий - это понимание той особой роли, которую играют поверхностные процессы при взаимодействии водорода с металлами. Как оказалось, наличие моноатомных слоев неметаллических примесей на поверхности металла может, при некоторых условиях, приводить к тому, что скорость проникновения сквозь металлические мембраны надтепловых водородных частиц увеличивается на порядки величины и может достигать своего мыслимого предела - скорости проникновения сквозь отверстие той же площади. При этом проникающий поток не зависит как от температуры металла так и от его свойств. Это явление, впервые полученное А.И.Лившицем и сотрудниками получило название сверхпроницаемости.

Причина этого явления заключается в том, что активационный барьер на поверхности металла, связанный с наличием на ней монослойного неметаллического покрытия («реальная» поверхность), практически не препятствуя растворению энергетических частиц водорода, существенным образом замедляет процессы растворения и выделения молекулярного водорода.

В лаборатории, в которой работает автор, явление сверхпроницаемости исследовалось в системах: {Pd, Fe, Ni - тепловой атомарный водород}, {Nb, аустенитная нержавеющая сталь - тепловой атомарный водород и ускоренные ионы с энергиями от десятков до нескольких тысяч электронвольт на протон}.

Выбор Nb в качестве предмета исследований объясняется тем, что он, как и другие металлы V-a подгруппы, обладая сочетанием высокой растворимости водорода с его чрезвычайной подвижностью (оставляя далеко позади палладий, считающийся в свою очередь уникальным в этом отношении металлом), является чрезвычайно перспективными для мембранной сепарации и откачки изотопов водорода, в частности, в установках управляемого термоядерного синтеза.

Эти потенциальные возможности металлов V-a подгруппы не проявляются при их взаимодействии с тепловым молекулярным водородом из за их чрезвычайно высокой химической активности и связанных с этим трудностей в получении и поддержании чистой поверхности.

В то же время, при взаимодействии с надтепловым водородом, их химическая активность является дополнительным «полезным» свойством, способствующим эффективной откачке водорода. В этом случае, прочные химические соединения на поверхности создают барьер, "прозрачный" для абсорбируемых энергетических водородных частиц, но существенно затрудняющий обратное выделение термализовавшегося в решетке металла водорода. Это позволяет осуществлять эффект сверхпроницаемости в широком интервале потоков и температур. Однако, отсутствие сведений о процессах взаимодействии металлов V-a подгруппы (Nb) с водородными частицами низких энергий (от единиц до десятков эВ) и о влиянии на эти процессы состояния поверхности (покрытие неметаллическими примесями - такими, например, как углерод и кислород) являлось препятствием в практическом применении сверхпроницаемых мембран из металлов V-a подгруппы.

Настоящая работа отражает личный вклад автора в научное направление, развиваемое в лаборатории и посвященное изучению взаимодействия водорода с металлами в неравновесных условиях и исследованию влияния поверхности на кинетику процессов пропускания и поглощения водорода ниобием.

В работе представлены результаты исследований проницаемости Nb мембран с поверхностью контролируемого состава по отношению к энергетическим водородным частицам контролируемой энергии, генерируемым в холодной водородной плазме.

Актуальность работы.

Понимание механизмов взаимодействия простейших атомных частиц (ионов, атомов и молекул водорода) с кристаллической решеткой и поверхностью (чистой и покрытой неметаллическими примесями) важно с точки зрения физики твердого тела, физической химии поверхности, химической кинетики в гетерогенных системах. Наряду с этим, исследование процессов взаимодействия водорода с металлами представляет интерес для водородной энергетики, химических технологий, важно при решении задач в области управляемого термоядерного синтеза (УТС).

Особую актуальность вопрос о взаимодействии неравновесного водорода с металлами, когда распределение по состояниям частиц в газе сдвинуто в сторону более высоких энергий по сравнению с температурой металла, приобретает в связи с развитием работ в области УТС, где горячая дейтерий-тритиевая плазма взаимодействует со стенками и компонентами конструкции. Это может приводить, по сравнению со случаем взаимодействия с водородом в равновесных условиях, к возникновению ряда специфических эффектов: катастрофическим утечкам радиоактивного и дорогостоящего трития сквозь первую стенку реактора, существенному увеличению его накопления в стенках и арматуре, существенному изменению условий рециклинга трития. Важно, что все эти эффекты, в случае взаимодействия с энергетическими водородными частицами сильно зависят от химического состояния поверхности (на уровне монослойных и даже субмонослойных покрытий неметаллическими примесями). Последнее означает, что утечки и накопление трития, а также условия его рециклинга существенно зависят от физических и физико-химических условий в термоядерных установках: энергии частиц (через распыление), использованных материалов (через их транспорт в плазме с последующим осаждением на поверхности других материалов), температурных режимов (через химические реакции поверхности с газовыми примесями и поверхностную сегрегацию неметаллических примесей из объема металла), и, таким образом, без проведения экспериментов, в той или иной степени моделирующих физико-химические условия работы термоядерных установок, сложно предсказать заранее возможное взаимодействие различных компонентов таких установок с тритием.

С другой стороны, эти же эффекты могут быть использованы в установках управляемого термоядерного синтеза для создания средств откачки и компрессии изотопов водорода, для активного управления краевой плазмой, создания специальных потоков D/T смеси, запирания тяжелых атомов газовой мишени т. п.

Цели работы.

1. получение и исследование сверхпроницаемости ниобия при его взаимодействии с водородной плазмой;

2. экспериментальное исследование кинетики пограничных процессов при взаимодействии энергетичного водорода с Nb в условиях воздействия на поверхность водородных частиц контролируемой энергии в диапазоне единиц и десятков эВ;

3. исследование влияния поверхностных и объемных примесей (О, С) на кинетику пограничных процессов, проникновение и поглощение при взаимодействии энергетических водородных частиц с ниобием;

4. обусловленное задачами УТС исследование кинетики пограничных процессов, проникновения и поглощения водорода в условиях одновременного потока на поверхность энергетических водородных частиц, и потоков углерода (С) или компонентов аустенитной нержавеющей стали (SS).

5. исследование обнаруженного эффекта сохранения сверхпроницаемости в условиях распыления поверхности энергетическими водородными частицами (сверхпроницаемость устойчивая к распылению- СУР).

Научная новизна

1. впервые наблюдалось явление сверхпроницаемости для металла V-a подгруппы (Nb) при работе в водородной плазме

2. экспериментально исследовано взаимодействие энергетических водородных частиц с Nb мембраной в интервале энергий от единиц до десятков эВ

3. исследовано влияние металлических (Fe) и неметаллических (С,О) примесей на эффект сверхпроницаемости Nb в условиях работы с плазмой

4. впервые обнаружен и исследован эффект устойчивости сверхпроницаемости к распылению поверхности (сверхпроницаемость устойчивая к распылению - СУР)

5. исследована роль неметаллических примесей в осуществлении СУР и дано объяснение наблюдаемого эффекта

Практическая значимость

Продемонстрирована стабильная, долговременная работа сверхпроницаемых мембран в водородной плазме; в специальных экспериментах промоделированы физические условия в установках УТС существенные для работы сверхпроницаемых мембран, продемонстрированна возможность работы мембран в зоне диверторной плазмы; результаты экспериментального исследования влияния металлических (Fe) и неметаллических (С, О) примесей на процессы проникновения и накопления водорода из плазмы позволяют сформулировать физико-химические условия, при которых сверхпроницаемая мембрана может работать в контакте с плазмой.

Работа состоит из шести разделов

Первый раздел посвящен обзору литературных данных по водородопроницаемости металлических мембран и по кинетике пограничных процессов в системах водород-металл. Обозначены проблемы, возникающие при использовании плазмы как источника энергетических водородных частиц.

Во втором разделе рассмотрены некоторые особенности системы водород-ниобий и представлены основные формулы.

В третьем разделе приведено описание экспериментальной установки и описана методика измерений. Приведены результаты экспериментов

13 по взаимодействию ниобиевых мембран с водородными частицами контролируемой энергии в диапазоне единиц и десятков эВ.

В четвертом разделе представлен экспериментальный материал по исследованию влияния кислорода на пограничные процессы и проницаемость в системе водород-ниобий при воздействии на поверхность энергетических водородных частиц. Дано возможное объяснение немонотонной зависимости константы реэмиссии и проницаемости в области низких (-0-50 эВ) энергий.

В пятом разделе рассмотрены эффекты напыления на поверхность Nb мембраны металлических (Fe) и неметаллических (С,О) примесей. Описаны эффекты карбидизации мембраны.

В шестом разделе представлен экспериментальный материал по исследованию обнаруженного эффекта сохранения сверхпроницаемости в условиях распыления входной поверхности Nb мембраны (СУР) и предложено его объяснение.

В заключении кратко обсуждается научное и практическое значение полученных результатов и перспективы работ в данном направлении.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Алимов, Василий Николаевич

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Впервые систематически исследовано влияние на кинетику пограничных процессов в системе водород-М? воздействия на поверхность энергетических водородных частиц с энергиями от долей эВ до 250 эВ. а). Экспериментально показано, что при воздействии на поверхность Nb энергетических водородных частиц, имеющих избыток кинетической энергии масштаба долей и единиц эВ, константа скорости термической рекомбинации водорода (коэффициент прилипания) остается постоянной и, соответственно, так же, как и в случае взаимодействия с атомарным тепловым водородом, наблюдается осуществление своего рода «спонтанной», то есть не требующей специальных мер для поддержания сверхпроницаемости. б). Обнаружено, что при энергиях распыляющих частиц в области энергий до 30 эВ наблюдается немонотонная зависимость константы скорости термической рекомбинации с максимумом в районе 10 эВ. в). На основе экспериментальных данных сделан вывод, что немонотонность зависимости коэффициента прилипания является следствием химического распыления поверхностного кислородного монослоя ионами водорода. При росте кинетической энергии ионов до 10 эВ, скорость химического распыления растет, что вызывает рост коэффициента прилипания, но как только их кинетическая энергия становится достаточной для имплантации в подповерхностные слои, реакция с кислородом на поверхности прекращается, что приводит к восстановлению поверхностного монослоя и уменьшению (восстановлению) коэффициента прилипания. г). Экспериментально показано, что при воздействии на поверхность водородных частиц с энергиями > 50 эВ и при наличии карбидных подповерхностных полиатомных слоев (случай, характерный для исходного, «естественного» состояния поликристаллической Nb фольги) происходит рост количества кислородных вакансий на поверхности в результате частичного распыления О-монослоя. Это приводит к нарушению симметрии мембраны и росту на порядки величины коэффициента прилипания молекулярного водорода, а, соответственно, к спаду проникающего потока и разрушению режима сверхпроницаемости.

2. Показано, что растворение в мембране дополнительного количества О приводит к увеличению способности мембраны в условиях ионного распыления «самоподдерживать» неметаллический монослой О, ответственный за сверхпроницаемость, за счет увеличения скорости сегрегации О на поверхность во всем диапазоне исследованных энергий распыляющих ионов (~/ - 250 эВ). Это приводит к расширению, как области температур мембраны (> 800 °С вместо > 1000 °С), так и области энергий падающих ионов ( <100 эВ вместо <60 эВ) в которых сохраняется сверхпроницаемость Nb мембраны.

3. Исследованы эффекты в пограничных процессах и проницаемости в системе водород-Nb, вызываемые примесью С в потоке водородных частиц. а). Показано, что образование полиатомной плёнки С критически зависит от соотношения плотностей потоков С и Я, энергии Н и температуры металла. б). Найдено, что условия образования полиатомной плёнки С зависят от температуры немонотонно: при низких Т рост плёнки тормозится химическим распылением, а при высоких - диффузией С в Nb с образованием карбида. в). Найдено, что в отличие от покрытий состоящих из чистого углерода (например, графита) полиатомные покрытия из карбидов Nb (NbC/Nb2C) не препятствуют доступу надтепловых водородных частиц в металл, не снижают потенциальный барьер абсорбции отвечающий за сверхпроницаемость и, соответственно, не препятствуют сверхпроницаемости ниобия. г). Найдены способы "in situ" восстановления сверхпроницаемых мембран, деградировавших из-за осаждения полиатомной углеродной плёнки. д). Продемонстрировано, что при определенных условиях, сверхпроницаемые мембраны могут работать и сохранять свои свойства при значительной плотности потока С (например, 3 монослоя в минуту).

4. Экспериментально исследованы эффекты напыления компонентов аустенитной нержавеющей стали в пограничных процессах и проницаемости в системе водород-М?. а). Показано, что осаждение соответствующих плёнок (главным образом Fe) приводит к росту скорости термической абсорбции-ре-эмиссии и, как следствие, росту проницаемости по тепловым молекулам Н2 и её падению по отношению к надтепловым водородным частицам б). Эффекты напыления уменьшаются с ростом температуры Nb и полностью исчезают при Тт > 750 °С. Соответственно, сверхпроницаемая Nb мембрана при Тт > 750 °С может стационарно работать при весьма высокой плотности потока металлической примеси (например, 12 монослоёв в минуту) в). Найдено, что сверхпроницаемая мембрана, деградировавшая вследствие напыления, может быть "in situ" восстановлена нагревом при Тт ~ 800 °С

5. Было обнаружено такое состояние Nb мембраны, когда при распылении одной из поверхностей, во всем исследуемом диапазоне энергий распыляющих ионов (вплоть до 1 кэВ) и температур мембраны (Тт >500 °С) наблюдается стабильная сверхпроницаемость а). Показано, что разрушение режима сверхпроницаемости и спад проникающего потока определяется присутствием в приповерхностной области металла карбидного слоя, обычно присутствующего на «естественной» поверхности Nb б). Теоретически показано, что в отсутствии полиатомных подповерхностных карбидных слоев, как подвижность О в решетке металла, так и скорость его обмена между поверхностью и объемом достаточны для того, чтобы распыление входной стороны мембраны не нарушало равновесное монослойное покрытие на поверхности и, тем самым, ее симметрию. Таким образом, состояние СУР является "естественным" состоянием для Nb, содержащего примесь О в). Карбидный же подповерхностный слой, радикальным образом уменьшает скорость обмена О между поверхностью и объемом (не препятствуя при этом проникновению водорода). В результате, распыление входной стороны мембраны приводит к увеличению стационарного количества свободных от О мест в монослойном О покрытии и нарушает симметрию мембраны

6. Экспериментально обнаружено, что растворение в мембране дополнительного количества О приводит к ослаблению эффекта распыления поверхности для некарбидизированной мембраны (к усилению эффекта СУР)

7. Продемонстрировано, что холодная водородная плазма может являться более энергетически эффективным генератором надтепловых водородных частиц по сравнению с атомизацией на горячей поверхности.

8. Благодаря полученным результатам достигнут прогресс в расширении возможности использования сверхпроницаемых мембран: в частности в системах с углеродным загрязнением и в условиях воздействия на поверхность частиц распыляющих энергий. Так, например, обнаруженное состояние СУР, дает принципиальную возможность располагать откачные мембраны установок термоядерного синтеза непосредственно в зоне диверторной плазмы, что значительно упрощает конструкцию и снижает энергозатраты.

Вполне вероятно, что и для других металлов V-a группы, чьи химические свойства близки к свойствам Nb [1], может быть реализовано состояние СУР. Если карбиды других металлов так же, как и в случае Nb, уменьшают скорость диффузии неметаллических примесей, не препятствую транспорту водорода, то тогда карбидные слои могут радикальным образом влиять на процессы взаимодействия энергетического водорода с металлами.

Методическое значение работы состоит в дальнейшем развитии методики мембранного эксперимента. В отличие от экспериментов с тепловыми атомами, которые не изменяют состояние поверхности, энергетические водородные частицы, могут радикально менять химический состав неметаллического покрытия, его плотность, толщину и т. п. как в результате распыления поверхности самой мембраны, так и в результате осаждения распыленного материала элементов вакуумных систем. Поэтому, в экспериментах с энергетическим водородом, необходимо иметь возможность определения того состояния поверхности, которое динамически поддерживается в условиях взаимодействия с энергетическим водородом, и определяется константами скорости термической реэмиссии молекулярного водорода.

Разработанная методика позволяет по форме кривой установления выходного давления после прекращения/возобновления откачки выходного объема исследуемой мембраны и величине установившегося при этом стационарного давления водорода в выходном объеме определять непосредственно в процессе эксперимента коэффициенты прилипания молекулярного водорода к входной и выходной сторонам мембраны и, таким образом, определять необходимые характеристики состояния поверхности: коэффициенты скорости термической рекомбинации молекулярного водорода, степень несимметрии, долю поверхности, занятой активными центрами абсорбции и высоту барьера диссоциации в этих центрах.

Научное значение полученных результатов и перспективы дальнейшего развития.

1. Впервые проведены систематические исследования кинетики пограничных процессов в системе водород-А/Л при воздействия на поверхность энергетических водородных частиц в диапазоне энергий от долей эВ до 250 эВ, занимающем промежуточное положение между тепловыми атомами и ускоренными ионами. Продемонстрирована возможность осуществления спонтанной сверхпроницаемости не только для тепловых атомов но и для водородных частиц, имеющих избыток кинетической энергии. Найдено, что вероятность диссоциативной абсорбции молекулярного водорода в условиях воздействия на поверхность энергетических водородных частиц промежуточных энергий имеет немонотонную зависимость и в области энергий до порога физического распыления неметаллических поверхностных примесей определяется химическим распылением. Однако остается открытым вопрос как о более точном определении величины вероятности абсорбции собственно энергетических водородных частиц, так о ее энергетической зависимости. Такое определение по-видимому возможно в рамках дальнейшего развития техники плазменного эксперимента связанного с увеличением концентрации ионов плазмы по сравнению с атомами, когда проникающий поток, а, соответственно, и определяемые в эксперименте скорости пограничных процессов будут в большей мере определяться собственно ионами плазмы, энергию которых можно менять контролируемым образом.

2. Исследовано влияние поверхностной сегрегации растворенного в объеме кислорода на пограничные процессы в системе водород-№> в условиях воздействии на поверхность энергетических водородных частиц. Показано, что влияние растворенного в объеме кислорода на константу скорости термической рекомбинации водорода радикальным образом зависит от наличия или отсутствия полиатомных карбидных слоев. В присутствии таких слоев, константа скорости термической рекомбинации может возрастать на порядки величины, при энергиях распыляющих частиц в десятки и сотни эВ. Их же отсутствие, приводит к способности мембраны поддерживать за счет сегрегации кислорода величину поверхностного потенциального барьера при относительной объемной концентрации кислорода, вплоть до тысячных долей процента и при температурах до 500°С. Обнаруженное, стойкое к распылению поверхности, состояние сверхпроницаемости мембраны имеет и большое прикладное значение, позволяющее в принципе, использовать сверхпроницаемые мембраны в зоне воздействия на них частиц распыляющих энергий. Однако, как с чисто научной, так и с практической точек зрения представляется принципиально интересным определить как минимальные температуры, при которых диффузия кислорода способна поддерживать монослой на поверхности в условиях распыления, так и зависимость исследуемых процессов от объемной концентрации кислорода в области малых значений. Такие эксперименты требуют дальнейшего развития техники эксперимента, как в смысле улучшения вакуумных условий, так и в смысле разработки методов глубокой очистки объема Nb мембран от посторонних неметаллических примесей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Алимов, Василий Николаевич, 2002 год

1. Фромм Е., Гебхарт Е. Газы и углерод в металлах. - М.: Металлургия, 1980, 712 с

2. Бэррер Р. Диффузия в твердых телах. М.: ИЛ, 1948, 504 с.

3. Проблемы дегазации металлов, под ред. КунинаЛ.Л., Головина A.M., Сурового Ю.Н., Хохрина В.М. М. Наука, 1972, 327 с.

4. Sherman R., Birnbaum Н.К. Hydrogen permeation and diffusion in niobium. -Met.Trans.A., 1983, vol. 14A, p.203-209.

5. Водород в металлах, под ред. Алефельда Г.,Фекля И. М.: Мир, 1981, т.1 -477 е.; т.2-430 с.

6. Perkins W.G. Permeation and outgassing of vacuum materials. J.Vac.Sci.Technol., 1973, v.10, No.4, p.543-556.

7. Гельд П.В., Рябов P.А. Водород в металлах и сплавах. М.: Металлургия, 1974, 272 с.

8. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. М.: Мир, 1964, 716 с.

9. Smithells С., RansleyC.E. The diffuson of gases through metals. Proc.Roy.Soc., 1936, v.A157, p.292-302.

10. Казанский В.Б. Изучение некоторых каталитических реакций, идущих с участием водорода на металлическом палладии. Автореф. Канд. Дисс. - М. МГУ, 1958.

11. Казанский В.Б., Мардалейшвили Р.Е., СерунинВ.П., Воеводский В.В. Определение константы скорости диссоциации водорода на поверхности палладия из данных по диффузии сквозь палладий. Ж.Физ.Хим., 1956, т.30, в.4, с. 821-826.

12. Лившиц А.И. Взаимодействие перегородок с неравновесными газами.-Ж.тех.физ., 1975, т.45, в.9, с. 1915-1922.

13. Лившиц А.И. Взаимодействие перегородок с неравновесными газами. В случае абсорбции с диссоциацией. -Ж.тех. физ., 1976, т.46, в.2, с.328-338.

14. Livshits A.I. Superpermeability of solid membranes and gas evacuation. Part I. Theory. Vacuum, 1979, v.29, No.3, p. 103-112.

15. Лившиц А.И., Самарцев А.А. Достижение предельных значений коэффициента прилипания и вероятности проникновения в системе водород палладиевая перегородка. - Ж.Тех.Физ., 1979, т.49, в.11, с.2433-2436.

16. Компаниец Т.Н., Куракин В.А., Курдюмов А.А., ЛясниковВ.Н. исследование проникновения водорода сквозь медные мембраны.- Физ.тв.тела, 1978, т.20, в.12, с.3533-3538.

17. Компаниец Т.Н., Курдюмов А. А., ЛясниковВ.Н. Кинетика проникновения водорода сквозь металлы.- Обзоры по электронной технике, 1980, сер.1, в. 1(649), 84 с.

18. Ионов Н.И. Уравнение для стационарной проницаемости водорода через плоские металлические мембраны. Физ.тв.тела, 1982, т.24, в.7, с. 2027-2029.

19. Самарцев А.А. Проникновение водорода сквозь металлические мембраны в области низких давлений. Кинетика и катализ, 1985, т.24, в.4, с. 815-825.

20. Waelbroeck F. Influence of bulk and surface phenomena on the hydrogen permeation through metals. Rep. JUL - 1966, 1984, 187 p.

21. Курдюмов A.A., Беляков Ю.И., Звездин Ю.И. Влияние скорости поверхностных реакций на диффузию дейтерия сквозь армко-железо. Ж.тех.физ., 1973, т.43, в.6, с. 1280-1283

22. Беляков Ю.И., Звездин Ю.И., Курдюмов А А. Диффузия дейтерия, поглощенного никелевым катодом в условиях тлеющего разряда. Ж.тех.физ., 1973, т.43, в. 1, с. 164-170.

23. Winter J., WaelbroekF., WienholdP. And Schelske Т. Permeation probes for the characterization of the atomic hydrogen flux to a tokamak wall. J. Nucl. Mater., 1982, V.l 1 l&l 12, p.243.

24. ЛавренкоВ.А. Рекомбинация атомов водорода на поверхностях твердых тел. -Киев: Наукова думка, 1973, 204 с.

25. Е. Vietzke and A. A. Haasz, Chemical Erosion, in: "Physical Processes of the1.teraction of Fusion Plasmas with Solids", eds. W. O. Hofer and J. Roth, Academic Press, p. 135

26. W. Eckstein and V. Phillips, Physical Sputtering and Radiation Enhanced

27. Sublimation, in: "Physical Processes of the Interaction of Fusion Plasmas with

28. Solids", eds. W. O. Hofer and J. Roth, Academic Press

29. W. Eckstein, C. Garcia-Rosales, J. Roth, W. Ottenberger Sputtering data,

30. Max-Plank-Institut fuer Plasmaphysik, IPP9/82, 1993

31. Капитанский B.P. Влияние состояния газа и межфазовых границ на водородопроницаемость палладия. Приложения в водородном мазере. Автореф. Канд. Дисс. ЛГУ, Л., 1977.

32. Капитанский В.Р., Лившиц А.И., Метгер И.М., Ноткин М.Е. Взаимодействие квазистационарного атомарного водорода с металлической перегородкой. -Ж.тех.физ., 1976, т.46, в.5. с. 1030-1041.

33. А.с.437167 (СССР). Устройство для откачки водорода. Капитанский В.Р., Лившиц А.И., Метгер И.М. Опубл. В Б.И.,1974, №27.

34. А.с.446466 (СССР). Способ детектирования атомов водорода. Капитанский В.Р., Лившиц А.И., Меттер И.М. Опубл. В Б.И.,1974, №38.

35. Лившиц А.И., Меттер И.М., Самарцев А.А. Взаимодействие пучка атомов дейтерия с палладиевой перегородкой. Ж.тех.физ., 1976, т.46. в.7, с. 1490-1500.

36. Livshits A.I., Pistunovich V.I. About pumping of the ITER divertor, 1989, Contribution to an ITER meeting, Garching, Germany.

37. Лившиц А.И. Сверхгазопроницаемость в системе атомарный водород -никель. Письма в ЖТФ, 1977, в. 12, с. 576-580.

38. Лившиц А.И., НоткинМ.Е., Яковлев С.В. Сверхгазопроницаемость в системе атомарный водород -армко-железо. Письма в ЖТФ, 1978, т.4, в.8, с. 476-480.

39. Лившиц А.И., Ноткин М.Е. Сверхгазопроницаемость ниобиевой перегородки по атомами ионам водорода. Письма в ЖТФ, 1981, т.7, в.23, с. 1417-1420.

40. Дорошин А.Ю., Лившиц А.И., Самарцев А.А. Специфика взаимодействия атомов водорода с поверхностью палладия при ее пассивации адсорбционными слоями серы. Поверхность. Физика, химия, механика, 1985, №8, с. 31-35.

41. Дорошин А.Ю., Лившиц А.И., Самарцев А.А. Влияние углерода на поверхности на взаимодействие палладия с атомарным и молеклярным водородом. Поверхность. Физика, химия, механика, 1987, №4, с. 37-43.

42. Беляков Ю.П., Звездин Ю.И., Курдюмов А.А., НевдахаГ.Г. Влияние скоростей адсорбции на диффузию дейтерия сквозь никель.-Ж.тех.физ., 1974, т.44, в.7, с. 1534-1538

43. Габис И.Е., Курдюмов А.А., Мазаев С.Н., Овсянникова т.А. и Тимофеев Н.И. -Параметры взаимодействия водорода с серебром. Физика металлов и металловедение, 1990, т.69, в.1, стр. 93-98.

44. Waelbroeck F., Ali-KhanL, DietzK.J. WienhholdP. Hydrogen solubilisation into and permiation through wall materials. J.Nucl.Mater., 1979, v.85&86, p.345-349.

45. Hackfort H.,B6sche K., Waelbroeck F., Winter J., Wienhold P. Hydrogen pumping and compression by superpermeation through iron- J. Nucl. Mater., 1987, v.144, p. 10-16.

46. Pick M.A., SonnenbergK. A model for atomic hydrogen-metal interactions -application to recycling, recombination and permeation. J.Nucl. Mfter., 1985, v. 131, №.2/3, p.208-220

47. Лившиц А.И., НоткинМ.Е., ПустовойтЮ.М., Яковлев С.В. Пропускание и поглощение атомов и ионов водорода нержавеющей сталью 1Х18Н9Т. ВАНТ, 1982, сер. "Термоядерный синтез", в.2(10), с.73-76.

48. Лившиц А.И., НоткинМ.Е., Бойков А.А. Влияние низких давлений химически активных газов на проникновение ионов и тепловых атомов дейтерия сквозь аустенитную сталь. ВАНТ, 1986, сер. "Термоядерный синтез ", в.З, с. 56-59.

49. Livshits A.I., Notkin M.E., Samartsev A.A. and Grigoriadi I.P. Large-scale effects of H20 and O2 on the absorption and permeation in Nb of energetic hydrogen particles. -J.Nucl.Mater. 1991, v. 178, p. 1-18.

50. Perkins H.K., Noda T. Deuterium transport through 304 and 304L stainless steel at low driving pressures and 15 kev deuteron bombardment. J.Nucl.Mater., 1978, v.71, №2, p.349-364.

51. Yamawaki M., Yamaguchi K., Kiyoshi T. And Namba T. Surface segregation of impurities on 304 SS and its effect on ion driven permeation of deterium. J.Nucl.Mater., 1987, v.145-147, p.309-312.

52. Yamawaki M., Namba T. Hydrogen permeation of vanadium and an in situ surface analysis. J.Nucl.Mater. 1985, v.133&134, p.292-296.

53. ЭспеИ. Технология электровакуумных материалов. М. -Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 180.

54. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. М.: ИЛ, 1950, с. 542.

55. Gtinterschulze A., Betz Н., Kleinwacher Н. Die Diffusion von Wassertoff und Deuterium durch Eisen. Das Eisen als Kathode einer Glimmentladung Z.f.Phys., 1938, Bd.l 11, Hf.9-10, s.657-679.

56. Giinterschulze A., Winter A., Kleinwacher H. Die Diffusion von Wassertoff und Deuterium durch Eisen. Glimmtntladung in Gemischen von Wassertoff mit anderen Gasen. Z.f.Phys., 1939, Bd.l 12, Hf.l 1-12, s.648-653.

57. Шарапов B.M., Захаров А.П. Влияние точечных дефектов на проникновение водорода через молибденовый катод тлеющего разряда. Ж.тех.физ., 1978, т.48, в.6, с. 1213-1218.

58. Шарапов В.М., Павлов А.И., Захаров А.П. Проникновение водорода через никель из плазмы тлеющего разряда. Ж.тех.физ., 1980, т.54, в.11, с. 2887-2889.

59. Шарапов В.М., Павлов А.И., Захаров А.П. Водородопроницаемость некоторых конструкционных материалов в условиях низкоэнергетической ионной бомбардировки. Ж.тех.физ., 1982, т.56, в.5, с. 1202-1206.

60. Pillath J., Winter J., Waelbroek F. J. Hydrogen transport and particle-induced hydrogen release in carbonization layers. J. Nucl. Mater., 1989, V. 162-164, p. 10461051.

61. Габис И.Е., Курдюмов A.A., Мазаев C.H. Определение параметров адсорбции водорода на меди при повышенных температурах. Поверхность, 1987, т. 12, с. 26-30.

62. Дорошин А.Ю., Лившиц А.И., Самарцев А.А. Влияние углеродных покрытий на взаимодействие молекул и атомов водорода с поверхностью палладия и на проникновение водорода сквозь палладиевые мембраны. Химич. Физика, 1985, т.4, в.8, с. 1112-1119.

63. Ali-Khan I., Waelbroeck F., Dietz K.J. Wienhhold P. The rate of hydrogen realese out of clean mttallic surfaces. J. Nucl. Mater., 1978, v.76&77, p.337-343.

64. Куракин В.А., Курдюмов А.А., Лясников B.H., Потапов М.И. Измерение коэффициента диффузии водорода в металлах с низкой адсорбционной активностью методом установления стационарного потока. Физ.тв.тела, 1979, т.21, в.4, с. 1060-1063.

65. Габис И.Е. Исследование кинетики взаимодействия водорода с никелем и медью. Автореф. Канд. Дисс. -Л.: ЛГУ, 1984

66. Wampler W.R. Surface-limited releas of deuterium from iron and the effect of surface oxygen. Appl.Phys.Lett., 1986, v.48, №6, p.405-407.

67. A.I. Livshits, M.E. Notkin and A.A. Samartsev, J. Nucl. Mater., 1990, v.170, p.79-94.

68. INTOR. Phase Two A, Part one (IAEA, Vienna, 1983) pp. 327-347

69. T. Schober, H and D in Niobium, Tantalum and Vanadium, KFA-Julich Report #2347,1990

70. B.R. King, H.C. Patel, D.A. Gulino and B.J. Tatarchuk, Thin Solid Films, 192 (1990)351

71. G.Horz, H. Kanbach and H. Vetter, Mat.Sci.Eng. 42 (1980) 145

72. C. Surgers, M. Schock, H. v.Lohneysen, Surf.Sci. 471 (2001) 209,

73. H.H. Farrell, H.S. Isaaks and M. Strongin, Surf.Sci. 38 (1973) 31

74. М.Е. Notkin, S. Le Pape, A.M. Bruneteau, A.I. Livshits, M. Bacal, Rapport № 1 du

75. Contrat CEA/Cadarache, V.3094.002, PMI 3612, Juillet 1998

76. A. I. Livshits, F. Sube, M. N. Solovyev, M. E. Notkin and M. Bacal, Plasma drivensuperpermeation of hydrogen through group Va metals, J.Appl.Phys. 84 (1998) 2558

77. M. W. Roberts and C. S. McKee, Chemistry of Metal-Gas Interface (Clarendon,1. Oxford, 1978)

78. A. Livshits, N. Ohyabu, M. Notkin, V. Alimov, H. Suzuki, A. Samartsev,

79. M. Solovyov, I. Grigoriadi, A. Glebovsky, A. Busnyuk, A. Doroshin, K. Komatsu Application of superpermeable membranes in fusion: the flux density problem and experimental progress. -J. Nucl. Mater., 1997, v.241-243, p. 1203-1209.

80. C. Courteille, A.M. Bruneteau and M. Bacal, Rev. Sci. Instrum., 66, 2533, (1995)

81. C. Courteille, These de Doctorat de l'University de Caen. Report PMI 2795, June1993

82. K.Ehlers and K.N.Leung, Rev. Sci. Instrum. 54, 1296 (1983)

83. A.I. Livshits, F.E1 Balghiti and M. Bacal, Plasma Sources Sci. & Technol., 3, 465,1994)

84. A.M. Bruneteau, G.Hollos, M. Bacal and J.Bretagne, J.Appl.Phys. 67 (1990) 7254

85. M. В. Никольский, Jl. Б. Беграмбеков, В. Г. Тельковский, Ю. В. Федоров,

86. Известия РАН, Серия физическая, 56, № 6, (1992), 61

87. Рот в сб. под редакцией Бериша, Распыление сплавов и соединений, распылениепод действием электронов и нейтронов, рельеф поверхности, т. 2, М., Мир, 1986

88. W. Eckstein, Nucl. Fusion Suppl. 1 (1991) 17

89. N. Ohyabu, A. Komori, H. Suzuki et al„ J.Nucl.Mater. 266-269 (1999) 302

90. Y. Nakamura, S. Sengoku, Y. Nakahara, N. Suzuki, H. Suzuki, N. Ohyabu,

91. A. Busnyuk, M. Notkin, A. Livshits, J. Nucl Mater. 312-319, 278 (2000)

92. J. Roth, J. Bohdansky, W. Poschenrieder, M. K. Sinha J. Nucl. Mater. 63 (1976) 222

93. J. Roth J.Nucl.Mater. 145-147 (1987) 87

94. J. Roth, J. Bohdansky, K.L. Wilson J.Nucl.Mater. 11 l&l 12 (1982) 7751. Литература \ §3

95. J. Bohdansky, H.L. Bay, W. Ottenberger J.Nucl.Mater. 76&77 (1978) 163

96. J. W. Davis, A. A. Haasz, J.Nucl.Mater. 220-222 (1995) 832 92 B. Tsuchiya, K. Morita, J.Nucl.Mater. 220-222 (1995) 836

97. Плетнев В. В., Тельковский В. Г., Коэффициенты распыления поверхноститвердых тел легкими ионами. Атомная энергия, 1990, т, 69, вып. 2

98. J. Bohdansky, J. Roth Nucl.Instrum.Methods В 23 (1987) 518

99. P. Wienhold, F. Weschenfelder, P. Karduck, K. Ohya, S. Richter, M. Rubel, J. von

100. Seggern, Non-uniform carbon redeposition on graphite, J. Nucl. Mater. 266-269, 986 (1999).

101. A. Busnyuk, Y. Nakamura, Y. Nakahara, H. Suzuki, N. Ohyabu, A. Livshits,

102. Membrane bias effects on plasma-driven permeation of hydrogen through niobium membrane, J. Nucl. Mater. 290-293, 57 (2001)

103. Y. Nakamura at al, 89, 760 (2001)

104. M. E. Notkin, A. I. Livshits, A. M. Bruneteau and M. Bacal, Nucl. Instr. and Meth. B,to be published

105. M.A. Pick, M.G. Greene andM. Strongin, J. Less-Comm. Met. 35, 85 (1980)

106. A.Livshits at al, J. Nucl. Mater. 266-269, 1267 (1999)

107. N. Ohyabu at al, J. Nucl. Mater. 283-287, 1297 (2000)