Создание диффузионных барьеров и ловушек водорода на поверхности гидрида титана методом электро-химического модифицирования для повышения радиационно-термической устойчивости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Карнаухов Александр Алексеевич

• Карнаухов Александр Алексеевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Карнаухов Александр Алексеевич

Введение

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРИДОВ МЕТАЛЛОВ В ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1 Применение гидридов металлов в реакторостроении

1.2 Гидриды в качестве материалов нейтронной защиты

1.3 Проблема удержания водорода в гидридах при радиационном и термическом воздействии

1.4 Защита гидридов металлов от утечки водорода

1.4.1 Защита с помощью окисных плёнок и неметаллических покрытий

1.4.2 Защита чехлованием в оболочки

1.4.3 Осаждение металлических покрытий

1.5 Влияние температуры и облучения на миграцию водорода в гидридах металлов

Выводы по главе

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика исходного сырья и материалов

2.2 Методы исследований

Выводы по главе

3 СОЗДАНИЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ГИДРИДА ТИТАНА ДИФФУЗИОННЫХ БАРЬЕРОВ И ЛОВУШЕК ВОДОРОДА МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

3.1 Исследование структурно-фазовых характеристик гидрида титана при термическом воздействии

3.2 Модифицирование поверхности дроби гидрида титана электрохимическим методом

3.3 Хемосорбционное модифицирование поверхности дроби гидрида титана

3.4 Многобарьерная система ловушек водорода с высокой степенью взаимной адгезии модификационных слоев

Выводы по главе

4 СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРОБИ ГИДРИДА ТИТАНА, ПРОЦЕССЫ ТЕРМОДИФФУЗИИ ВОДОРОДА И ОКИСЛЕНИЯ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ ОТЖИГЕ

4.1 Исследование термостабильности дроби гидрида титана, модифицированной методом электрохимического осаждения титана из неводного раствора органического электролита

4.2 Термостабильность модифицированной дроби гидрида титана, содержащего двухслойное титановомедное покрытие

4.3 Исследование термостабильности дроби гидрида титана, содержащей многобарьерную систему «ловушек» водорода с высокой степенью взаимной адгезии модификационных слоев

4.4 Концентрация кислорода в поверхностных и глубинных слоях дроби гидрида титана при различных температурах

Выводы по главе

5 РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ И РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРОБИ ГИДРИДА ТИТАНА ПО ОТНОШЕНИЮ К НЕЙТРОННОМУ И

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЮ

5.1 Технология получения композита на основе

модифицированной дроби гидрида титана и глиноземистого

цемента

5.2 Ослабление нейтронного и гамма излучения радиоизотопных источников материалом на основе модифицированной дроби гидрида титана

5.2.1 Ослабление нейтронного излучения радиоизотопных источников

5.2.2 Ослабление гамма излучения радиоизотопных источников

5.3 Энергетическое распределение нейтронного и гамма излучения Ри-Ве источника за защитой

5.4 Снижение вторичного гамма-излучения в композиционном материале на основе модифицированной дроби гидрида титана

5.5 Радиационная стойкость защитного композита под воздействием высокоэнергетического гамма-излучения

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Титульный лист ТУ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Реферат изобретения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание диффузионных барьеров и ловушек водорода на поверхности гидрида титана методом электро-химического модифицирования для повышения радиационно-термической устойчивости»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Согласно энергетической стратегии России на период до 2030 г., а также целей АО «Концерна Росэнергоатом» важной задачей является переход к двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом и ввод в эксплуатацию ядерных энергетических реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, в частности реакторов на быстрых нейтронах (БН) проекта «Прорыв» (БРЕСТ-ОД-300, БРЕСТ-1200, БН-800, СВБР и др.), обеспечивающих расширенное воспроизводство вторичного ядерного горючего. При этом высокие температуры и дозы облучения в реакторах БН требуют решения проблемы создания высокоэффективных конструкционных материалов радиационной защиты с повышенной радиационно-термической стойкостью.

Одним из наиболее эффективных материалов нейтронной защиты является гидрид титана, обладающий высоким содержанием водорода и сечением неупругого рассеяния нейтронов на ядрах титана. Однако процессы обратимой диссоциации гидрида титана при повышенных температурах требуют разработки методов и технологий повышения его термостабильности. Повышение начальной температуры термодиффузии водорода в гидриде титана является одной из основных проблем его использования в конструкциях радиационной защиты и обеспечении безопасной эксплуатации стационарных и транспортных ядерных энергетический установок.

Одним из способов, позволяющим замедлить процессы термодиффузии водорода из кристаллической решетки гидрида титана, является искусственное создание на его поверхности многобарьерной системы «ловушек», которые могут быть специально дополнительно введены в качестве модификаторов поверхности. В этом направление перспективно применение методов электрохимического модифицирования, позволяющих создавать многослойные диффузионные барьеры

на поверхности гидрида титана, препятствующие выходу водорода в окружающую среду.

Известные методы повышения термостабильности гидрида титана с помощью физико-химического модифицирования поверхности основаны на достаточно сложной технологии нанесения покрытий и не обеспечивают требуемых технико-экономических параметров получения конечного продукта с заданными свойствами. Электролитическое выделение титана связано с большими трудностями из-за его склонности к пассивированию и высокого электроотрицательного потенциала. При использовании методов электрохимического модифицирования не решены проблемы совместимости и диффузионного взаимодействия модификационных металлических оболочек на поверхности гидрида титана вследствие различного термического расширения. Недостаточно изучены вопросы высокотемпературных структурно-фазовых превращений и дефектности решетки кристаллов гидрида титана, содержащего многослойные диффузионные барьеры для атомов водорода.

Работа выполнялась в рамках гранта РФФИ, проект №19-38-90024 и государственного задания Минобрнауки РФ, проект № FZWN-2020-0011 с использованием оборудования Центра высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова.

Степень разработанности темы исследования. Поведению водорода в гидридах металлов, в том числе проблеме удержания водорода при радиационном и термическом воздействии посвящено достаточно много российских и зарубежных исследований, причем наиболее очевидным способом удержания водорода является применение непроницаемых для него оболочек. В этой связи широко известны исследования в области высокотемпературного поведения гидридов металлов американских ученых В. Мюллера и Д. Блэкеджа; диффузионных процессов в титане Ю.Р. Колобова, Г.П. Грабовецкой; дефектности кристаллической решетки металлогидридов при термодиффузии водорода Р. Хемпельмана (К Иешре1шапп), Д.М. Задояна, О.В. Кубашевского; электрохимического нанесения покрытий В.А. Колесникова, Л.И. Степановой,

Ю.Д. Гамбурга. Известны технологии повышения термической стойкости дроби гидрида титана методами химического модифицирования и ионоплазменного магнетронного напыления, разработанные на кафедре теоретической и прикладной химии БГТУ им. В.Г. Шухова, под руководством В.И. Павленко и Р.Н. Ястребинского. Эти материалы успешно применяются для радиационной защиты транспортных ядерных энергетических установок на тепловых нейтронах. При этом дальнейшего решения требует задача повышения термостабильности гидрида титана и радиационной стойкости композиционных материалов на его основе для применения в конструкциях радиационной защиты реакторов на быстрых нейтронах.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является повышение радиационно-термической устойчивости дроби гидрида титана путем создания на ее поверхности диффузионных барьеров и ловушек водорода методом электрохимического модифицирования, исследование структуры и свойств полученных покрытий, процессов окисления и термодиффузии водорода при высокотемпературном отжиге, а также оценка радиационно-защитных свойств разработанного композиционного материала.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Исследование структурно-фазовых характеристик гидрида титана при термическом воздействии.

2. Создания на поверхности дроби гидрида титана термодиффузионных барьеров и ловушек водорода методами электрохимического модифицирования.

3. Исследование термостабильности и фазового состава модифицированной дроби гидрида титана, процессов термодиффузии водорода и окисления при высокотемпературном отжиге.

4. Разработка технологии получения термостойкого композиционного материала на основе модифицированной дроби гидрида титана и глиноземистого цемента.

5. Оценка радиационной стойкости и радиационно-защитных характеристик разработанного композиционного материала по отношению к нейтронному и гамма-излучению.

Научная новизна. Предложен новый метод повышения термической стабильности гидрида титана, основанный на электрохимическом формировании на его поверхности диффузионных барьеров и структурных ловушек водорода с высокой взаимной адгезией модификационных слоев, препятствующих термодиффузии водорода в окружающую среду.

Предложен механизм модифицирования поверхности гидрида титана методом электрохимического осаждения металлического титана из раствора органического электролита на основе тетрабутоксититана - Ti(OC4H9)4, хлорида титана (IV), абсолютированного этанола и диметилсульфоксида. Электролитически осажденные ионы титана достраивают кристаллическую решетку гидрида титана с формированием на поверхности мелкокристаллической структуры металла с определенной степенью дефектности. Неоднородность структуры металлического титана, осажденного методом электролиза, обеспечивает его эффективное взаимодействие с диффундирующим в поверхностный слой при термическом нагреве водородом.

Предложен механизм хемосорбционного взаимодействия сернокислой соли титана с поверхностью модифицированного гидрида титана с образованием слоя гидроксотитанила. Предложена схема взаимодействия частично гидролизованных ионов меди с гидроксотитанилом. Показано, что формирование на поверхности гидрида титана химически активного промежуточного слоя гидроксотитанила способствует последующему образованию термостабильного высокоплотного многослойного модификационного покрытия Ti(=Ti-O-Cu-)Cu с высокой степенью адгезии к поверхности.

Установлен механизм микроискажений и дефектности кристаллической решетки модифицированного гидрида титана при термонагреве, заключающийся в том, что модификационное титановомедное покрытие блокирует микротрещины

поверхности дроби гидрида титана и создает термодиффузионный барьер для атомов водорода, вызывая внутренние напряжения в объеме материала. Происходит перераспределение атомов водорода в объеме материала и его концентрирование в наиболее напряженных областях с максимальной степенью дефектности кристаллической решетки.

Теоретическая и практическая значимость.

Разработаны способы повышения термической стабильности гидрида титана путем модифицирования его поверхности электрохимическим методом из раствора соответствующей соли (методом электролитического осаждения металлического титана и меди), а также методом хемосорбционного взаимодействия. Разработана конструкция катодного электрода установки электрохимического осаждения металла на поверхности дроби гидрида титана, обеспечивающая равномерное нанесение гальванопокрытия.

Разработан способ электрохимического модифицирования поверхности гидрида титана металлическим титаном из неводного раствора органического электролита с применением, в качестве анода, титановых пластин. Показано, что при увеличении времени электролиза до 120 минут и плотности тока 3,5 А/дм2 на поверхности дроби гидрида титана происходит образование титанового покрытия толщиной ~1,5 мкм однородной структуры, со слабо определяемой границей раздела. За счет гидрирования металлического титана при 500 °С происходит увеличение гидридной фазы в поверхностном слое модифицированного металлогидрида до 89,4%.

Показано, что хемосорбционное модифицирование поверхности гидрида титана гидроксотитанилом позволяет значительно увеличить адгезию электрохимически осажденного медного покрытия. Создание на поверхности дроби гидрида титана многобарьерного высокоплотного модификационного слоя Т^=Т^О-Си-)Си толщиной ~6,0-6,5 мкм сдвигает начало процессов дегидрирования в высокотемпературную область с 462,9 °С до 699,7 °С (увеличивает термостабильность гидрида титана на 236,8 °С). При этом, до 700 °С

содержание гидридной фазы в поверхностном слое модифицированной дроби гидрида титана практически не изменяется и составляет 87,2 масс.%

Показано, что многобарьерная система ловушек водорода на поверхности дроби гидрида титана снижает концентрацию кислорода в глубинных слоях в сравнении с немодифицированным гидридом титана в 4,2-4,5 раза.

Методология и методы исследования. Для повышения термической стабильности гидрида титана использован подход, основанный на послойном модифицировании поверхности легко сорбирующим водород материалом с последующим формированием водородонепроницаемого диффузионного барьера. Создание на поверхности гидрида титана диффузионных барьеров и структурных ловушек водорода проводили методом электрохимического осаждения соответствующего металла из раствора его соли и методом хемосорбционного модифицирования.

Исследование свойств материала проводили с использованием методов рентгенофазового (РФА) и рентгеноструктурного анализа; дифференциально-термического (ДТА), термогравиметрического (ТG) и дифференциально-термогравиметрического (ДТG) анализа; растровой электронной микроскопии (РЭМ); оптической микроскопии; сканирующей электронной (СЭМ) и зондовой (СЗМ) микроскопии; электронно-зондового микроанализа (ЭЗМ); рамановской спектроскопии; ИК-спектроскопии, а также физико-механических методов испытаний.

Экспериментальные исследования радиационно-защитных свойств, энергетического распределения нейтронного и гамма излучения, а также радиационной стойкости разработанного материала проводили с использованием радиоизотопных источников (60Со, Pu-a-Ве).

Положения, выносимые на защиту:

- структурно-фазовые превращения в гидриде титана при различных температурах отжига;

- способ электрохимического модифицирования поверхности дроби гидрида титана металлическим титаном из неводного раствора органического электролита;

- создание на поверхности дроби гидрида титана диффузионных барьеров и ловушек водорода с высокой степенью взаимной адгезии модификационных слоев;

- термостабильность модифицированной дроби гидрида титана, процессы термодиффузии водорода и окисления при высокотемпературном отжиге;

- радиационная стойкость и радиационно-защитные характеристики композита на основе модифицированной дроби гидрида титана по отношению к нейтронному и гамма-излучению.

Достоверность полученных результатов обеспечивается: широким комплексом современных методов исследования с применением сертифицированного и поверенного оборудования Центра высоких технологий, а также Центра «Радиационного мониторинга» БГТУ им. В.Г. Шухова. Полученные теоретические решения и экспериментальные данные не противоречат современным научным представлениям и закономерностям.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на международных и всероссийских конференциях и семинарах: II Международном научном семинаре «Достижения в области материаловедения» - «AMS-II - 2021» (Красноярск, 2021); XXX Международной конференции «Радиационная физика твёрдого тела» (Севастополь, 2020); Международной конференции по метрологической поддержке инновационных технологий «ICMSIT-2020» (Санкт-Петербург, 2020); Международной научной конференции «BuildinTech BIT 2020» (Белгород, 2020); IV Международной научно-практической конференции «Наука и инновации в строительстве» (Белгород, 2020); VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Жизненный цикл конструкционных материалов» (ИНИТУ, Иркутск, 2017); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития науки и современного образования» (Белгород, 2017); VIII Международном молодежном форуме «Образование. Наука.

Производство» (Белгород, 2016); Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2016); Международной научно-технической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружающей среды» (Белгород, 2015).

Внедрение результатов исследований. С целью внедрения результатов работы разработаны технические условия «Радиационно-защитный термостойкий композиционный материал на основе модифицированной дроби гидрида титана» ТУ 25.30.22-002-02066339-21.

Результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность», образовательной программы «Радиационная и электромагнитная безопасность» и инженеров по направлению 18.05.02 «Химическая технология материалов современной энергетики», специализации «Ядерная и радиационная безопасность на объектах использования ядерной энергии».

Публикации. Основные положения работы изложены в 21 научной публикации, в том числе: 3 работы - в рецензируемых научных изданиях ВАК РФ; 11 работ - в зарубежных изданиях, индексируемых международными библеографическими базами данных Scopus и Web of Science. Получен 1 патент РФ на изобретение № 2761099.

Личный вклад. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленные в диссертации, получены лично автором или при непосредственном его участии. Все разделы диссертационной работы выполнены лично автором.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, основной части (пяти глав), заключения, списка использованных источников, приложений. Результаты изложены на 171 странице машинописного текста, включающего 24 таблицы, 95 рисунков, список литературы из 136 наименований.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРИДОВ МЕТАЛЛОВ

В ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1 Применение гидридов металлов в реакторостроении

Учитывая, что масса атома водорода ближе к массе атома нейтрона, чем масса атома любого другого элемента, при взаимодействии с нейтронами водород проявляет уникальные свойства. В среде взаимодействия нейтронов с веществом - это очень важная характеристика, как следствие водородсодержащие материалы представляют значительный интерес в сфере реакторостроения.

При этом не все водородсодержащие материалы достаточно стабильны, например, вода и органические соединения, абсолютно нестабильны, особенно при повышенных температурах. А вот гидриды металлов (соединения водорода с металлами) наиболее подходят под поставленные задачи ввиду явных преимуществ металлов: прочности и стабильности, уникальной замедляющей способности водорода [1,2].

По своей природе нейтроны бывают:

- медленные (энергия менее 1 эВ);

- промежуточные (энергия от 1 эВ до 0,1 МэВ);

- быстрые (энергия выше 0,1 МэВ).

Находясь в кинетическом равновесии с окружающей средой медленные нейтроны также название тепловых, при этом средняя энергия таких нейтронов составляет порядка 0,025 эВ при температуре 20°С [3,4].

В процессе прохождения через вещество (рассеивание) происходит столкновение нейтронов с ярами атомов вещества, в результате различают два вида рассеивания:

- упругое, при котором энергия движущегося нейтрона (частично или полностью) превращается в кинетическую энергию атомов ядер вещества, причем характерным свойством является полное сохранение энергии и импульса.

- неупругое, при котором импульс сохраняется, но изменяется кинетическая энергия системы, частично затраченная на возбуждение ядра атома. Таким образом при прохождении нейтрона через вещество ядром атома испускается новый нейтрон, с более низкой кинетической энергией. Само ядро остается в возбужденном состоянии с более высокой потенциальной энергией в последствии высвобождаемой в виде у-излучения [5-7].

Кроме замедляющей способности при выборе потенциальных реакторных материалов важны захват нейтронов, определяемый соответствующим ядерным сечением материала, и образование продуктов распада, оцениваемое при изучении схемы изотопных превращений. Основным отличаем захвата нейтронов от рассеяния является интеграция нейтрона в ядро, способствующая испусканию другой частицы или излучения после столкновения, тогда как в случае рассеяния нейтрон продолжает движение после столкновения с ядром. Захват быстрых нейтронов, в рассматриваемом случае, не имеет большого значения ввиду малого сечения. Гораздо важнее захват медленных нейтронов [6-8].

При взаимодействии медленных нейтронов с ядрами может происходить четыре важных реакции: у-излучение (п, у), освобождение а-частицы (п, а), образование протона (п, р) и реакция деления (п, Г). Чаще всего встречается реакция (п, у), известная под названием радиационного захвата. Большое значение имеют реакции (п, а), которые идут при взаимодействии медленных нейтронов с Li6 (образуется тритий Н3) и с В10 (образуется Li7). На медленных нейтронах идет важная (п, р) реакция, по которой из К14 получается С14. Он используется при работе с мечеными атомами [9,10].

Ввиду способности атомов водорода к поглощению нейтронов, а также большому сечению рассеяния, для эффективного использования замедляющей способности водорода в соответствующем реакторном материале должна быть достаточно высокая концентрация его атомов, потому в ядерных исследованиях органические и неорганические водородсодержащие материалы, имеющие большое значение КЫН, наиболее востребованы. Основным условием применения

гидрида в реакторостроении является наличие преимуществ по сравнению с другими водородсодержащими материалами (водой или органическими соединениями) при условии отсутствия ненужных потерь нейтронов [11].

Одним из ключевых свойств материалов реакторной защиты является механическая прочность, соответственно гидрид должен выдерживать собственную массу при температуре эксплуатации реактора. Не смотря на то, что хрупкость свойственна гидридам металлов, характеристики этих материалов позволяют обработать и изготовить необходимые изделия без нарушения целостности [12].

Преимуществом гидрида будет его коррозионная стойкость, но зачастую единственным практически верным решением проблемы коррозии является очехловка изделий.

Также ключевым свойством, в условиях реактора, является радиационная и термическая стабильность, учитывая диффузию и миграцию водорода при наличии перепада температур. Дополнительно необходимо определить совместимость гидрида металла с теплоносителем и материалом оболочки гомогенного реактора, если гидрид металла используется в качестве замедлителя.

Существенно, что гидриды металлов создают защиту от у-излучения вокруг активной зоны. Как отражатели гидриды металлов приблизительно эквивалентны бериллию и графиту [13,14].

Для реакторостроения, наряду с водой и органическими материалами, гидриды металлов представляют интерес благодаря термической стойкости.

В системе титан - водород МН достигает 9,1 для стехиометрического гидрида TiH2, а при температуре 200 - 600 °С получены значения 7 и 8. При этом для многих гидридов МН равно 5 - 6 [15,16].

Кроме того, при взаимодействии нейтронного излучения с гидридом титана сброс энергии нейтронов происходит не только на водороде, но и на атомах титана. Это особенно эффективно для нейтронов реакторных энергий около 3 МэВ, имеющих сечение захвата на титане сопоставимое с водородом. Также стоит

отметить, что благодаря образованию оксидной пленки, титан, особенно в морской воде, обладает высокой коррозионной стойкостью.

1.2 Гидриды в качестве материалов нейтронной защиты

Защита реактора применяется для того, чтобы возникающий в процессе деления поток частиц и излучений уменьшался, при этом создавалась безопасность пространства для человека за пределами реактора. Радиационный фон должен быть достаточно низкий, не создающий помех приборной технике управления и контроля реактора. Морфология излучения может быть представлена продуктами деления, а-, Р-частиц, у-квантов, тритонов, дейтронов, протонов, и нейтронов. Кроме того, отсутствует необходимость предусматривать специальную защиту от остальных компонентов излучения, ввиду их полного ослабления. Например, нейтрино не имеет заряда и магнитного момента отчего не представляет опасности для биологических материалов [17-19].

Приоритетными материалами при выборе защиты являются недорогие, легкодоступные материалы: вода, земля, бетон и др., однако для транспортных ядерных энергетических установок объем и масса защиты имеют ключевое значение, соответственно стоимость не должна являться приоритетным фактором определения выбора материала.

Функции защиты:

- замедление быстрых нейтронов;

- поглощение замедляющихся и медленных нейтронов;

- поглощение у-излучения, возникающего как в процессе деления или при захвате по реакции (п, у), но и при неупругом рассеянии по реакции (п, п) внутри самой защиты [20].

Водород является эффективным замедлителем, но имеет небольшое сечение рассеяния и при высоких энергиях нейтронов его приходится брать в большем количестве.

В свою очередь металлы с большим атомным весом, за счет неупругого взаимодействия, могут внести существенный вклад в замедление быстрых нейтронов, учитывая, что в сравнении с легкими металлами они лучше поглощают у-излучение, наличие тяжелых металлов в защите имеет двойное назначение -сброс энергии высокоэнергетического нейтронного излучения и ослабление у-излучения [21].

На основании вышеизложенного целесообразно предусмотреть в защите реактора и водород для замедления нейтронов путем упругого рассеяния, и металл с высоким сечением захвата тепловых нейтронов, причем для замедления нейтронов путем неупругого рассеяния и поглощения у-излучения, целесообразнее использовать тяжелый металл. При этом захват нейтронов должен происходить по реакции (п, а) или (п, в), но не по реакции (п, у) [22].

В качестве потенциальных материалов защиты можно рассматривать различные гидриды металлов, так как сами по себе или в сочетании с другими материалами они довольно эффективны [23].

Различают две группы гидридов:

- металлические гидриды (гидриды тяжелых и легких металлов), к ним относятся: гидрид титана, большим достоинством которого является высокое содержание водорода, при этом вследствие обратимой диссоциации при повышенных температурах его необходимо заключать в оболочку; гидрид урана, разлагающийся при повышенных температурах, содержащий меньше, чем гидрид титана, водорода и пирофен; борогидриды титана и тория устойчивы только при низких температурах. Однако попытки получить гидрид вольфрама не увенчались успехом.

- неустойчивые свыше 300°, например, гидрид лития, быстрыми нейтронами облучали плиты из гидрида лития, обогащенного по изотопу Измерение потоков быстрых нейтронов, тепловых нейтронов плитами дало много ценных сведений для проектирования защиты, однако другие водородсодержащие материалы оказались более эффективными [24].

Рациональность использования гидридов в защите определяется эффективностью ослабления нейтронного и у-излучения.

Также заслуживают внимания проекты гетерогенной защиты, состоящей из слоев безводородного материала, который должен улучшить ослабление слоев гидрида, например, гидрида циркония. Особенно эффективны такие композиции для защиты от тепловых нейтронов. Но эффективнее было бы применение гидрида металла с более высоким сечением захвата, например, титана [25-28].

Вообще, редкоземельные металлы поглощают водород легче, чем титан, потому из сплавов на основе титана, в которых содержание редкоземельных элементов превышает предел их растворимости, можно получить материал, в котором частицы гидридов редкоземельных элементов диспергированы в матрице из негидрированного или слабогидрированного титана.

Этот материал эффективно поглощает нейтроны, а его механические свойства лишь немного хуже, чем у титана [28].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Карнаухов Александр Алексеевич, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Самойлов, О. Б. Безопасность ядерных энергетических установок : учебное пособие для вузов / О. Б. Самойлов, Г. Б. Усынин, А. М. Бахметьев. -Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 280 с. - ISBN 5-283-03802-5.

2. Петров, Э.Е. Вопросы функции защиты реакторов / Э. Е. Петров, Б. П. Шеметенко. - Москва : Атомиздат, 1992. - 211 с.

3. Lee, John C. Risk and Safety Analysis of Nuclear Systems / John C. Lee, Norman J. McCormick // John Wiley & Sons, Inc, 2011. - 504 p. - ISBN 978-0-47090756-6.

4. Itoigawa, N. Emerging Demands for the Safety of Nuclear Power Operations: Challenge and Response / N. Itoigawa, B. Wilpert, B. Fahlbruch (Eds.) // CRC Press, Boca Raton, FL, 2005. - 153 p. - ISBN 978-0-429-22048-7.

5. Antaki, G. Nuclear Power Plant Safety and Mechanical Integrity: Design and Operability of Mechanical Systems, Equipment and Supporting Structures / G. Antaki, R. Gilada // Butterworth-Heinemann, Kidlington, Oxford, 2015. - 337 p. - ISBN 978-0124-17248-7.

6. Скороход, В.В. Высоководородистые материалы для ядерной энергетики / В. В. Скороход [и др.] // ICHMS 2009 Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов: материалы XI Международной конференции (Ялта -Крым - Украина, 25-31 Августа, 2009). - Крым, 2009. - С. 1082-1083.

7. Нейтронно-защитные свойства гидридов титана и циркония с повышенным содержанием водорода / Н. И. Власенко, М.Н. Коротенко, С.Л. Литвиненко, [и др.] // Ядерна та радiацiйна безпека. - 2009. - №4. - С. 33-35.

8. Falabella, S., Protective overcoatings on thin-film titanium targets for neutron generators / Falabella S., Tang V., Ellsworth J. L., Mintz J. L. // Journal Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. - 2014. - Vol. 736, №2. - P. 107-111.

9. Monnin, C., Characterization of deuteride titanium targets used in neutron generators / Monnin C., Ballanger A., Sciore E. [et al.] // Journal Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. - 2000. - Vol. 453, №3. - P. 493-500.

10. Некоторые физико-химические свойства гидридов металлов (Ti, Zr, Hf, Th, Pd, Sc, Er) / З.М. Азарх, П. И. Гаврилов, И. И. Орлова [и др.]. - Саров : Всерос. науч.-исслед. ин-т эксперим. физики (ВНИИЭФ), 2001. - 34 с.

11. Фадеев, В. Н. Давление диссоциации в системе титан-водород / В. Н. Фадеев, Л. А. Ижванов // Металлы. - 1986. - № 1. - С. 66-68.

12. Грабовецкая, Г. П. Диффузия водорода в субмикрокристаллическом титане / Г. П. Грабовецкая, Н. Н. Никитенков, И. П. Мишин, И. В. Душкин, Е. Н. Степанова, В. С. Сыпченко // Известия Томского политехнического университета. - 2013. - Т. 322, №2. - С. 55-59.

13. Бережко, П.Г. Гидрирование титана и циркония и термическое разложение их гидридов / П.Г. Бережко, А.И. Тарасова, А.А. Кузнецов, Н.В. Анфилов, И.К. Кремзуков, А.Г., А.Г.Лещинская // Международный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология" АЭЭ. - 2006. - №11. - С. 47-56.

14. Цирконий : перевод с английского / Г.Л. Миллер. - Издательство иностранной литературы, 1955. - 392 с.

15. Yastrebinskii, R. N. Attenuation of Neutron and Gamma Radiation by a Composite Material Based on Modified Titanium Hydride with a Varied Boron Content / R. N. Yastrebinskii // Russian Physics Journal. - 2018. - № 60. - P. 2164-2168.

16. Yastrebinsky, R. N. Study of the characteristics of neutron and gamma radiation attenuation compositions based on titanium hydride / R. N. Yastrebinsky, V. I. Pavlenko, N.I. Cherkashina, O. V. Kuprieva // Problems of Atomic Science and Technology. - 2015. - № 2 (96). - P. 84-88.

17. Ливанов, В.А. Водород в титане / В.А. Ливанов, А.А. Буханов, Б.А. Колачев. - Москва: Металлургиздат, 1962. - 245 с.

18. Водородные соединения металлов : перевод с английского / К. Маккей. -Москва : Мир, 1968. - 244 с.

19. Titanium hydrides, in Metal Hydrides / W.M. Mueller, J.P. Blackledge, G.G. Libowitz. - New York - London : Academic Press, 1973. - Р. 336-383.

20. Zirconium hydrides and hafnium hydrides, in Metal Hydrides / R.L. Beck, W. M. Mueller, J. P. Blackledge, G.G. Libowitz. - New York - London : Academic Press, 1968. - P. 196-277.

21. Fabrication of hydrides, in Metal Hydrides / C. L. Huffine, W. M. Mueller, J.P. Blackledge, G.G. Libowitz. - New York-London : Academic Press, 1968. - P. 675-747.

22. Висволл, Р. Хранение водорода в металлах. В кн. Водород в металлах : в 2 томах / Под ред. Г. Алефельда и И. Фелькля. - прикладные аспекты: пер. с англ. Москва : Мир, 1981. -Т2. - С.241-289.

23. Порошковая металлургия титана / В.С. Устинов, Ю.Г. Олесов, В.А. Дрозденко, Л.Н. Антипин. - Москва : Металлургия, 1981. - С. 247.

24. Патент № 2466929 Российская Федерация, МПК С01В6/34, С01В6/02. Способ обработки гидрида титана : № 2011111262/05 : заявл. 24.03.2011 : опубл. 20.11.2012 / Голубков А.Н., Юхимчук А.А.; заявитель и патентообладатель ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ. - 10 с.

25. Патент № 2385837 Российская Федерация, МПК С01В6/02, С0Ш23/00. Способ получения гидрида титана и устройство для его осуществления : № 2008107172/15 : заяв. 28.02.2008 : опубл. 10.04.2010 / Ратников В.И., Прокудина В.К., Боровинская И.П., Мержанов А.Г.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН. - 2 с.

26. Патент № 2208573 Российская Федерация, МПК С01В6/02. Способ получения гидрида титана : 2002101307 : заявл.23.01.2002 : опубл. 20.07.2003 / Боровинская И. П., Мержанов А. Г., Ратников В. И.; заявитель и патентообладатель Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН. - 6 с.

27. Порошковая металлургия титан / В.С. Устинов, Ю.Г. Олесов, В.А. Дрозденко, Л.Н. Антипин. - Москва : Металлургия, 1973. - С.28-70.

28. Патент № 2301723 Российская Федерация, МПК B22F9/16. Способ получения мелкодисперсного порошка титана № 2005135220/02; заявл. 14.11.2005 : опубл. 27.06.2007 / Кремзуков И. К., Колобянина Н. М., Пелесков С.А., Веденеев А.И., Леваков Е.В., Митяшин А.С., Постников А.Ю.; заявитель и патентообладатель ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ". - 5с.

29. Взаимодействие водорода с металлами / В. Н. Ангеев, И. Н. Бекман, О. П. Бурмистрова [и др.]. - Москва : Наука, 1987. - 294 с.

30. Fukai, Yuh The Metal-Hydrogen System : Basic Bulk Properties. / Yuh Fukai. - Berlin etc. : Springer, Cop. - 1993. - 355 p.

31. Лавренко, В. А. Кинетика процессов в гидридных системах / В. А. Лавренко, М. М. Антонова, В. Ж. Шемет. - Киев : Наук. думка, 1992. - 187 с.

32. Кобзенко Г. Ф. Особенности десорбции водорода из гидридов титана / Г. Ф. Кобзенко, М. Е. Чубенко, А. А. Чуйко // Журнал физической химии. - 1991. -Т. 65, вып. 8. - С. 2135-2144.

33. Горькаева, О. Л. Повышение термической стабильности гидрида титана / О. Л. Горькаева, А. И. Тарасова, А. В. Стеньгач, А. Ю. Постникв, Д. А. Горькаев, И. М. Миронова, В. Н. Лошкарев // 11-я Международная конференция "Водородное матераловедение и химия углеродных наноматериалов", (Ялта- Крым - Украина, 25-31 августа 2009). - Крым, 2009. - С. 214-215.

34. Gergely, V. Recycling of MMCs and production of metallic foams, in: Comprehensive Composite Materials. V. 3. Metal matrix composite. / V. Gergely, H. P. Degischer, T. W. Clyune. - Amsterdam : Elsevier Science Ltd, 2000. - Р. 797-820.

35. Banhart, J. Manufacture, characterization and application of cellular metal foams / J. Banhart // Progress in Materials Science. -2001. - 46. - Р. 559-632.

36. Вансовская, К. М. Металлические покрытия, нанесенные химическим способом / К. М. Вансовская. - Ленинград : Машиностроение, 1985. - 103 с.

37. Schoenfelder, C. W. Kinetics of thermal decomposition of TiH2. / C. W. Schoenfelder, J. H. Swisher // Journal of Vacuum Science and Technology. - 1973. -10(5). - Р.862-870.

38. Proa-Flores, P. M. Production of Aluminium Foams with Ni-coated TiH2 Powder / P. M. Proa-Flores, L.P. Lefebvre, J. Banhart, D. Dunand // Porous Metals and Metallic Foams : Proceedings of the Fifth International Conference on Porous Metals and Metallic Foams (Motreal - Canada, September 5-7, 2007), 2007.- Р. 439.

39. Лунин, В. В. Влияние водорода на динамику окисления гидрида титана / В. В. Лунин, Н. Н. Кузнецова, С. Л. Юдина, А. О. Таракулова // Журнал физической химии. - 1994. - Т. 68, вып. 2. - С. 241-245.

40. Фокин, В.Н. Синтез гидридов некоторых металлов в крупнокристаллическом состоянии / В. Н. Фокин, Э.Э. Фокина, С. П. Шилкин // Журнал общей химии. -1996. - Т. 66, вып. 8. - С. 1249-1252.

41. Падурец, Л. Н. О предельном составе и характере термического разложения гидрида титана / Л. Н. Падурец, А. Л. Шилов // Журнал неорганической химии. - 1997. -Т. 42, № 8. - С. 1258-1262.

42. Шилов, А. Л. О превращениях в дигидриде титана / А. Л. Шилов, Ж. В. Дорохотова, Л. Н. Падурец // Журнал неорганической химии. - 2000. - Т. 45, № 8.

- С. 1279-1282.

43. Klein, J. E. A 1600 liter tritium hydride storage vessel / J. E. Klein // Fusion Science and Technology. - 2002. - Vol. 41, № 3. - P. 764-775.

44. Paek, S. Properties of titanium sponge for tritium storage / S. Paek, D. H. Ahn, K. R. Kim, H. Chung // Fusion Science and Technology. - 2002. - Vol. 41, № 3. - P. 788-792.

45. Zeppelin, F. Desorption of hydrogen from blowing agents used for foaming metals / F. Zeppelin, M. Hischer, H. Stanzick, J. Banhart // Composites Science and Technology. - 2003. - Vol. 63. - P. 2293-2300.

46. Causey, R. A. Tritium Barriers and Tritium Diffusion in Fusion Reactors / R. A. Causey, R. A. Karnesky, C. S. Marchi // Comprehensive Nuclear Materials. - 2012.

- № 4. - Р. 511-549.

47. Проницаемость водорода через металлы / А. А. Писарев, И. В. Цветков, Е. Д. Маренков, С. С. Ярко. - Москва: МИФИ, 2008. - 143с.

48. Malinowski, M. E. Clean and contaminated TiD2 films: Fabrication and Auger spectra / M. E. Malinowski // Journal Vac. Technol. - 1978. -15(1). - P. 39-43.

49. Павленко, В. И. Модифицированные боросиликатные матрицы на поверхности гидрида титана: монография / В. И. Павленко, Р.Н. Ястребинский, О. В. Куприева // Germany : Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2016. - 133 с.

50. Патент № 2572271 Российская Федерация, МПК B22F 1/02. Способ нанесения боросиликатного покрытия на частицы гидрида титана : № 2014131233/02 ; заявл. 28.07.2014 ; опубл. 10.01.2016 / В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский, О. В. Куприева, П. В. Матюхин ; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В. Г. Шухова. - 6 с.

51. Павленко, В.И. Дефектность кристаллов модифицированного гидрида титана, подвергнутого термической обработке/ В. И. Павленко, О. В. Куприева, Н. И. Черкашина, Р. Н. Ястребинский // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2015. - Т. 58, № 5. - С. 125-129.

52. Simon, D. Reaction of titanium with carbon dioxide under low pressure / D. Simon, B. Legma // Titanium 80: Science and Technology. Proc. 4th Intern. Conf. (Kyoto- Japan, 1980). - Kyoto, 1980.- Vol. 4. - Р. 2853-2858.

53. Gas-driven hydrogen permeation in the surface-limited regime / А. Pisarev, V. Shestakov, R. Hayakawa [et al.] // Journal Nuclear Materials. - 2003. -Vol. 320. - P. 214-222.

54. Гурын, С. В. Закономерности формирования карбоксидных покрытий на титане / С. В. Гурын, И. Н. Погрелюк, В. Н. Федирко // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2007. - № 1. - С. 26-29.

55. Мурдян, Г.Н. Закономерности и механизм формирования алюминидов в системе TiH2-ZrH2-Al в гидридном цикле / Г. Н. Мурадян, С. К. Долуханян, А. Г. Алексанян // Химическая физика. - 2019. - Т.38, № 1. - С. 38-48

56. Павленко, В. И. Создание нанооболочки на поверхности дроби гидрида титана / В. И. Павленко, Н. И. Черкашина, Р. Н. Ястребинский // Нанотехнологии в строительстве. - 2016. - Т. 8, № 6. - С. 31-47.

57. Manchester, F. D. Mechanisms for activation of intermetallic hydrogen absorbers / F. D. Manchester, D. Khatamian // Material Science Forum. - 1988. - Vol. 31. - P. 261-298.

58. Исследование водородопроницаемости защитных покрытий жаропрочного сплава ЭИ698 / В. М. Быстрицкий, Б. М. Вошедченко, В. Б. Грановский [и др.]. - Дубна : ОИЯИ, 1991. - 16 с.

59. Golubkov, А. N. Manufacturing technology development for hydrogenated titanium pellets / А. N. Golubkov, А. Yu. Baurin, А. V. Buchirin, I. L. Мalkov, R. К. Musyaev, А. А. Yukhimchuk // Isotopes of hydrogen. Physical chemistry, safety, ecology, IHISM'17", 2017. - Р. 158-163

60. Zharkov Yu. A., Rudskikh V. V., Levchenkova O. N. et al. Investigation of the process of hydrogenation of titanium shot at reduced pressure

61. Лазарев, В. Б. Соболев В. В., Шаплыгин И. М. Химические и физические свойства простых оксидов металлов / В. Б. Лазарев, В. В. Соболев, И. М. Шаплыгин. - Москва : Наука, 1983. - 239 с.

62. Физико-химические свойства окислов. Справочник под ред. Самсонова Г. В. - Москва : Металлургия, 1978. - 471 с.

63. Yamanaka, S. Influence of interstitial oxygen on hydrogen solubility in metals / S. Yamanaka, Y. Fujita, M. Uno, M. Katsura // Journal of Alloys and Compounds. -1999. - P. 42-51.

64. Дехтяр, А. И. Особенности фазообразования при контролируемом гидрировании и дегидрировании титана разными методами / А. И. Дехтяр [и др.] // Металлофизика. Новейшие технологии. - 2014. - Т. 36, № 9. - С. 1153-1169.

65. Gemelli, E. Oxidation kinetics of commercially pure titanium / E. Gemelli, N. H. Gamargo // Revista material. - 2007. - Vol.12, № 3. - P. 525-531.

66. Францевич, И. Н. Низкотемпературное окисление титана в разряжённом молекулярном и атомарном водороде. Получение и свойства тонких плёнок / И. Н. Францевич, В. Л. Тикуш, Г. В. Русаков, Л. А. Гаевская // В сб. ИПМ, М/26420. -Киев, 1979. - № 6. - С. 42-45.

67. Filimonova, I. N. Deactivation of titanium during temperature-induced hydrogen absorption-desorption cycling. Effects of water, oxygen and nitrogen traces / I. N. Filimonova, V. V. Yuschenko, A. V. Smirnov [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. - 2005. - Vol. 390. - P. 144-154.

68. Fromm, E. Effect of oxygen surface contamination on the hydrogen absorption kinetics of metal films studied by a modified volumetric Wagener method / E. Fromm, H. G. Wulz // Journal of Less-Common Metals. - 1984. - Vol.101. - P. 469-479.

69. Патент № 2459685 Российская Федерация, МПК B22F 1/02. Способ нанесения медного покрытия на частицы порошка гидрида титана : № 2011105561/02 : заявл. 14.02.2011 : опубл. 27.08.2012 Бюл. № 3 / Горькаева О.Л., Ложкарев В.Н., Тарасова А.И. ; заявитель и патентообладатель ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». -8 с.

70. Gang, L. Oxidation of a polycrystalline titanium surface by oxygen and water / L. Gang, S. L. Bernasek, J. Schawartz // Journal of Surface science. - 2000. - Vol. 458. - P. 80-90.

71. Asavavisithchai, S. Non-Isothermal Decomposition of As-Received and Oxidised TiH2 Powders / S. Asavavisithchai, V. H. Lopez, A. R. Kennedy // Journal of Materials Transactions. - 2007. - Vol. 48, № 10. - Р. 2712-2714.

72. Mizuno, Y. Temperature dependence of oxide decomposition on titanium surfaces in ultrahigh vacuum / Y. Mizuno, F. K. King, Y. Yamauchi [et al.] // Journal of Vac. Sci. Technol. - 2002. - A 20. - Р. 1716-1721.

73. Павленко, В. И. Увеличение термостабильности металлогидрида методом ионно-плазменного вакуумного магнетронного напыления / В. И. Павленко, Н. И. Черкашина, Р. Н. Ястребинский, О. В. Демченко // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2017. - № 2. - С. 82-86.

74. Патент № 2633438 Российская Федерация, МШ: B22F 1/02. Способ напыления титанового покрытия на частицы гидрида титана : № 2016125735 : заявл. 27.06.2016 : опубл. 12.10.2017, Бюл. № 29 / Павленко В. И., Черкашина H. И., Ястребинский Р. H., Демченко О. В. ; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В. Г. Шухова. - 9 с.

75. Патент № 2198955 Российская Федерация, МШ: C23C 8/00 Способ нанесения защитных диффузионных покрытий на изделия из металлов и сплавов : № 2000119595/02 : заявл. 25.07.2000 : опубл. 20.02.2003 / ^тиков В. И.; Шчаев Ю. С.; ^льга Г. Я. ; заявитель и патентообладатель ИИИ графит. - 7 с.

76. Габис, И. B. Проникновение водорода через тоноплёночные покрытия / И. B. Габис, B. A. Денисов, A. A. ^рдюмов [и др.] //Сборник докладов Второго международного семинара «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами, IHISM-04». - Саров : ФГУП «РФЯЦ-ВИИИЭФ», 2005. - С. 45-61.

77. Kennedy, A. R. The decomposition behavior of as-received and oxidized TiH2 foaming-agent powder / A. R. Kennedy, V. H. Lopez // Journal of Mater. Sci. and Eng.

- 2003. - A 357. - P. 258-263.

78. Yamanaka, S. Hydrogen dissolution into zirconium oxide / S. Yamanaka, T. Nishizaki, M. Uno // Journal of Alloys and Compounds 293-295. -1999. - P. 38-41.

79. Ястребинский, Р. H. Термодиффузия кислорода и водорода в модифицированной дроби гидрида титана / Р. H. Ястребинский // Международный научно-исследовательский журнал. - 2017. - № 11 (65), Ч. 4. - С. 95-99.

80. Миркин, Л.И. Рентгеноструктурный анализ: Справочное руководство/ Л. И. Миркин. - Москва : Шука, 1998. - 176 с.

81. Мюллер, В. Гидриды металлов / В. Мюллер, Д. Блэкедж, Дж. Либовиц. -Москва : Aтомиздат, 1973. - 432 с.

82. Диффузия водорода в субмикрокристаллическом титане / Г. П. Грабовецкая [и др.] // Известия Томского политехнического университета. - 2013.

- Т. 322, № 2. - С. 55-59.

83. Малыхин, Д. Г. Определение плотности дислокаций по рентгеновскому анализу микроискажений в поликристаллических материалах / Д. Г. Малыхин, В.

B. Корнеева // Вюник Харьювского ушверситету. Серiя фiзична. - 2010. - Вып. 1, № 887. - С. 115-117.

84. Задоян, Д. М. Определение плотности избыточных дислокаций по рентгенографическим оценкам размеров кристаллических блоков и разориентировки малоугольных границ / Д. М. Задоян, Л. А. Азизбекян, М. К. Валюженич // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. Науки. - 2003. - № 19. -

C. 177-179.

85. Грабовецкая, Г. П. Влияние холодной пластической деформации на структуру и деформационное поведение субмикрокристаллического титана, полученного методом равноканального углового прессования / Г. П. Грабовецкая, Ю. Р. Колобов, Н. В. Гирсова // Физика металлов и металловедение. - 2004. - № 6. - С. 34-42.

86. Арисова, В. Н. Структура и свойства КМ / В. Н. Арисова. - Волгоград : ВолгГТУ, 2008. - 96 с.

87. Куксин, А. Ю. Положение атомов и пути диффузии водорода и гелия в решетке a-Ti / А. Ю. Куксин, А. С. Рохманенков, В. В. Стегайлов // Физика твердого тела. - 2013. - Т. 55, Вып. 2. - С. 326-331.

88. Брусницына, Л.А. Технология изготовления печатных плат: учебное пособие / Л.А. Брусницына , Е.И. Степановских. - Екатеринбург : ФГАОУ ВПО УрФУ, 2015. - 194 с.

89. Спектор, Ю.А. Технология нанесения и свойства покрытий / Ю.А. Спектор, Е.Д. Кравцова. - Красноярск : ФГАОУ ВПО СФУ, 2008. - 87 с.

90. Briesmeister J.F. MCNP - a general Monte-Carlo N-particle transport code, version 4B. MCNP4B software complex for calculating the transfer of ionizing radiation in the protection and surroundings of nuclear and technical installations for various purposes with the DLC189/MCNDAT library, 2007, report LA-12625-M.

91. Коровин, Н.В. Новые покрытия и электролиты в гальванотехнике / Н. В. Коровин. - Москва : Гос.НТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1962. - 137 с.

92. Тихонов, К.И. Электроосаждение металлов из органических растворителей: учебное пособие / К.И. Тихонов, Н.И. Агафонова. - Ленинград : Технол. ин-т, 1979. - 84 с.

93. Беленький, М.А. Электроосаждение металлических покрытий. Справ. изд. / М.А. Беленький, А.Ф. Иванов. - Москва : Металлургия, 1985. - 288 с.

94. Yastrebinsky, R.N. Thermal stability of titanium hydride modified by the electrochemical deposition of titanium metal/ R.N. Yastrebinsky, V.I Pavlenko, A.A. Karnauhov, N.I. Cherkashina, A.V. Yastrebinskaya // Journal of Mater. Res. Express. -2020. - Vol. 7. - 106519

95. Патент № 2761099 Российская Федерация, МПК С01В 6/02, С01В 6/34. Способ нанесения титаново-медного покрытия на частицы порошкообразного гидрида титана : №2021111004/05(023617) : заявл. 19.04.2021 : опубл. 03.12.2021 / Р.Н. Ястребинский, А.А. Карнаухов, Н.И. Черкашина, А.И. Городов ; заявитель БГТУ им. В.Г. Шухова. - 15 с.

96. Akhtar, M.A. Electrophoretic Deposition of Copper(II)-Chitosan Complexes for Antibacterial Coatings. / M.A. Akhtar, K. Ilyas, I. Dlouhy, F. Siska, A.R. Boccaccini // Journal of Mol. Sci. - 2020. - Vol. 21. - P. 2637

97. Ide, T. Fabrication of Porous Copper with Directional Pores by Continuous Casting Technique Through Thermal Decomposition of Hydride / T. Ide, A. Tsunemi, H. Nakajima // Journal of Met. Mater. Trans. - 2014. - A. 45. - P.1418-1424.

98. Sahu, K. Engineering of morphological, optical, structural, photocatalytic and catalytic properties of nanostructured CuO thin films fabricated by reactive DC magnetron sputtering / K. Sahu, A. Bisht, S.A. Khan, A. Pandey, S. Mohapatra // Journal of Ceram. Int. - 2019. - 46. - P. 7499-7509.

99. Shehayeb, S. Tandem selective photothermal absorbers based on EPD of CuO colloidal suspension coupled with dip-coated silica / S. Shehayeb, X. Deschanels, L.

Ghannam, I. Karame, G. Toquer // Journal of Surf. Coatings Technol. - 2021. - 408. -126818.

100. Kucheryavyi, O.V. Structural and phase mechanism and rate of interaction between TiCu, Ti3Cu4, and Ti2Cu3 intermetallic compounds and hydrogen. I. Formation and decomposition of intermetallic hydrides / O.V. Kucheryavyi, T.I. Bratanich, V.V. Skorokhod, L.I. Kopylova, N.A. Krapivka // Journal of Powder Met. Met. Ceram. - 2012. - 51. - P. 234-242.

101. Nakajima, H. Fabrication of Porous Copper with Directional Pores through Thermal Decomposition of Compounds / H. Nakajima, T. Ide // Journal of Met. Mater. Trans. - 2008. - A 39. - P. 390-394.

102. Han, T. Microstructure and properties of copper coated graphene nanoplates reinforced Al matrix composites developed by low temperature ball milling / T. Han, J. Li, N. Zhao, C. He // Journal of Carbon. - 2019. - 159. - P. 311-323.

103. Semboshi, S. Yamauchi, S.; Numakura, H. Formation of Titanium Hydride in Dilute Cu-Ti Alloy by Aging in Hydrogen Atmosphere and Its Effects on Electrical and Mechanical Properties / S. Semboshi, S. Yamauchi, H. Numakura // Journal of Jpn. Inst. Met. - 2012. - 76. -P. 496-503.

104. Zhou, C. Amorphous TiCu-Based Additives for Improving Hydrogen Storage Properties of Magnesium Hydride / C. Zhou, R.C. Bowman, Z.Z. Fang, J. Lu, L. Xu, P. Sun, H. Liu, H. Wu, Y. Liu // Journal of ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2019. - 11. - P. 38868-38879.

105. Pronichev, D. Investigation of aluminum-copper bimetal-based intermetallide coating produced by contact melting method / D. Pronichev, L.M. Gurevich, Y.P. Trykov, M.D. Trunov // Journal of Inorg. Mater. Appl. Res. - 2016. -Vol. 7. - P. 97-101.

106. Semboshi, S. Microstructure and mechanical properties of Cu-3at.% Ti alloy aged in a hydrogen atmosphere / S. Semboshi, T. Nishida, H. Numakura // Journal of Mater. Sci. Eng. - 2009. -A 517. - P. 105-113.

107. Zhao, H. The effect of Cu addition on the crystallization behavior and tribological properties of reactive plasma sprayed TiCN-Cu coatings / H. Zhao, F. Guo, L. Zhu, J. He, F. Yin // Journal of Ceram. Int. - 2019. - 46. - P. 8344-8351.

108. Hair, M.L. Intrared spectroscopy in surface chemistry / M.L. Hair. - New-York : Marcel Dekker, 1987.- 463 p.

109. Гордынова Т. А., Давидов А. А. Спектроскопическое изучение комплексов пропилена на Al2O3 и механизмы изомеризации // Докл. АН СССР.-1989.-T. 245, № 3.- C. 635 - 639.

110. Buettner, K. Bioinorganic chemistry of titanium / K. Buettner, A. Valentine // Journal of Chem Rev. - 2012. - Vol. 112, № 3. - P.1863-1881.

111. Martell, A.E. Critical stability constants / A.E. Martell, R.M. Smith. - New-York : Plenum Press, 1974. - 415 с.

112. Baes, C. F. The Hydrolysis of cations / C.F. Baes, R.E. Mesmer. - New York : Wiley, 1976. - 489 с.

113. Comba, P. The titanyl question revisited / P. Comba, A. Merbach // Journal of Inorg. ^em. - 1987. - V. 26, №. 8. - P. 1315-1323

114. Задоян, Д. М. Определение плотности избыточных дислокаций по рентгенографическим оценкам размеров кристаллических блоков и разориентировки малоугольных границ / Д. М. Задоян, Л. А. Азизбекян, М. К. Валюженич // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. Науки. - 2003. - № 19. -С. 177-179.

115. Hempelmann, R. Optic phonon modes and superconductivity in alpha phase (Ti, Zr)-(H, D) alloys / R. Hempelmann, D. Richter, B. Strizker // Journal of Phys. F : Met. Phys. - 1982. - V. 12. - P. 79.

116. Кубашевский, О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубашевский. -Москва : Металлургия, 1965. - 428 с.

117. Коршунов, А.В. Особенности окисления субмикрокристаллического титана на воздухе / А.В. Коршунов // Известия Томского политехнического университета. - 2011. - Т. 319, № 3. - С. 10-16.

118. Окисление металлов. - Москва : Металлургия, 1969. -Т.2. - 213 с.

119. Вакуумный отжиг титановых конструкций / Б. А. Колачёв, В. В. Садков, В. Д. Талалаев, А. В. Фишгойт. - Москва : Машиностроение, 1991. - 217 с.

120. Пульцин, Н. М. Взаимодействие титана с газами / Н.М. Пульцин. -Москва : Металлургия, 1969. - 217 с.

121. Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металла / Н. П. Жук. -Москва : Металлургия, 1976. - 472 с.

122. Гришечкин, С. К. Обзор возможных способов формирования диффузионных газовых покрытий, повышающих термическую стойкость гидрида титана / С. К. Гришечкин, В. Г. Киселёв, В. А. Сясин, А. С. Хапов // IHISM'14: Сборник докладов Пятой Международной конференции и Девятой Международной школы молодых ученых и специалистов им. А. А. Курдюмова. -РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2014. - С. 248-264.

123. CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 89th Edition. — Taylor and Francis Group, LLC. - 2008-2009.

124. Савицкий, А. П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами / А.П. Савицкий. - Новосибирск : Наука : Сиб. отд., 1991. - 180 с.

125. Лякишев, Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник/Н. П. Лякишев - Москва: Машиностроение, 1997. - Т. 3, кн.2. -1024 с.

126. Цвикер У. Титан и его сплавы / У. Цвикер. - М. : Металлургия, 1976. -

512 с.

127. Лариков, Л. Н. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке / Л. Н. Лариков, В.Р. Рябов, В.М. Фальченко - Москва : Машиностроение, 1975.- 192 с.

128. Крашенинников, С. В. Исследование влияния режимов нагрева на скорость процесса контактного плавления полученного сваркой взрывом соединения титан-медь / С. В. Крашенинников, С. В. Кузьмин, В. И. Лысак // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2006. -Вып. 9. - С. 64-67.

129. Leys, J. M. Radiation-induced effects in neutron- and electron-irradiated lithium silicate ceramic breeder pebbles / J. M. Leys, A. Zarins, J. Cipa, L. Baumane, G. Kizane, R. Knitter // Journal of Nucl Mater. - 2020. - 540. - 152347.

130. Bonny, G. Trends in vacancy distribution and hardness of high temperature neutron irradiated single crystal tungsten / G. Bonny, M. J. Konstantinovic, A. Bakaeva,

C. Yin, N. Castin, K. Mergia, V. Chatzikos, S. Dellis, T. Khvan, A. Bakaev, A. Dubinko,

D. Terentyev // Journal of Acta Materialia. - 2020. - 198. - P. 1-9.

131. Holmes-Siedle, A. Radiation Effects in Electronic Materials and Devices / A. Holmes-Siedle, V. A. J. van Lint // Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition). - 2003. - P.523-559.

132. Shulpekov, A. M. Phase - and structural formation in the TiO2-Al-C system in the SHS process / A. M. Shulpekov, O. K. Lepakova, N. I. Radishevskaya // Journal of Chemical Bulletin. - 2018. - vol.1. -P. 4-11.

133. Larionov, V.V. Accumulation of hydrogen in titanium exposed to neutron irradiation / V. V. Larionov, V. A. Varlachev, Xu. Shupeng // Journal of Hydrogen Energ. - 2020. - 45 (30). - P. 15294-15301.

134. Павленко, В. И. Радиационно-защитный бетон для биологической защиты ядерных реакторов / В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский, А. А. Смоликов // Перспективные материалы. - 2006. -№ 2. - С. 47-50.

135. Павленко, В. И. Радиационно-защитный тяжелый бетон на основе железорудного минерального сырья / В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский, Д. В. Воронов // Известия вузов. Строительство. - 2007. - № 4. - С. 40-42.

136. Павленко, В. И. Тяжелый бетон для защиты от ионизирующих излучений / В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский, Д. В. Воронов // Строительные материалы. - 2007. - № 8.- С. 2-4.

Приложение 1

Приложение 2

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(19)

ни

(11)

2 761 099(3 С1

(51) МПК С01В6/02 (2006.01) С01В6/34 (2006.01) СОЮ 23/00 (2006.01) С23С18/31 (2006.01) С23С18/38 (2006.01) С25Б 3/02 (2006.01) С25И 3/38 (2006.01) С25В5/Ю (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(52) СПК

С01В 6Ю2 (2021.08); С01В 6/34 (2021.08); СОЮ 23/00 (2021.08); С23С 18/31 (2021.08); С23С 18/38 (2021.08); С250 3/02 (2021.08); С2503/38(2021.08); С2Ю 5/10 (2021.08)

О

О) О)

о

со г-сч

3

о:

(21)(22) Заявка: 2021111004, 19.04.2021

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 19.04.2021

Дата регистрации: 03.12.2021

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 19.04.2021

(45) Опубликовано: 03.12.2021 Бюл. № 34

Адрес для переписки:

308012, Белгородская обл., г. Белгород, ул. Костюкова, 46, ФГБОУ ВО "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова", отдел создания и оценки объектов интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Ястребинский Роман Николаевич (1Ш), Карнаухов Александр Алексеевич (1Ш), Черкашина Наталья Игоревна (1Ш), Городов Андрей Иванович (1Ш)

(73) Патентообладатель(и): федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (1Ш)

(56) Список докуме!гтов, цитированных в отчете о поиске: 1Ш 2459685 С1, 27.08.2012. ДО 2572271 С1,10.01.2016. КИ 2633438 С1, 1210.2017. СЫ 105316514 А, 10.022016. ЧЕРКАШИНА Н И. и др. Создание защитного покрытия на поверхности дроби гидрида титана, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016, по. 10, сс. 166-171.

(54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТИТАН ОВО-МЕДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ЧАСТИЦЫ ПОРОШКООБРАЗНОГО ГИДРИДА ТИТАНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии и ядерной энергетике и может быть использовано при изготовлении

нейтронопоглощающего материала. На частицы порошкообразного гидрида титана наносят двухслойное титаново-медное барьерное покрытие путем электроосаждения. Для этого используют катод, представляющий собой полипропиленовый стакан, наполненный частицами порошкообразного гидрида титана, в который погружены стальные стержни спиралевидной формы по всей его длине, перемещающиеся в процессе электроосаждения вверх-вниз. Сначала наносят первый слой -металлический титан, с использованием свежеприготовленного раствора, содержащего.

Стр.: 1

71

с

го

-VI <7>

шЛ.

О Ю Ш

О

г/л: тетрабутокситатан (ТБТ) - 210-230; хлорид титана - 115-205; этанол - 335-430; диметилсульфоксид (ДМСО) - 225-250; при

2

плотности тока 3,2-3,8 А/дм~ в течение 125-145 мин. После этого частицы порошкообразного гидрида титана, покрытые металлическим титаном, фильтруют, промывают и сушат. Затем па них наносят второй слой - металлическую медь, с использованием того же катода и свежеприготовленного 30%-ного водного раствора сульфата меди (СиБО^НоО) при

плотности тока 1,5-2 А/дм" в течение 8-12 мин. Полученный порошок с двухслойным титаново-медным барьерным покрытием направляют на фильтрацию, затем промывают и сушат.