科學家們“教”氫穿過金屬表面氧化層

材料牛注：研究者們發現，在氧化物表面輻射的條件下，氫氣滲入表面和被金屬捕獲速度加快，這種現象被稱為“輻射增強滲透”。

金屬表面的氧化層是氫氣滲入和析出的阻礙。在MEPhI等離子物理系進行的實驗表明，氫氣在氧化層的滲入可以通過原子和離子流動，經表面氧化物的輻射進行。尤其是在氫原子或氫等離子氧化物表面輻射的條件下，氫氣滲入表面和其被金屬捕獲速度加快。當表面輻射出的離子或原子流含有氧氣混合物時，氫氣析出就會發生。這種現象被稱為“輻射增強滲透”。

研究者們通過三年多的實驗發現了這些現象，并揭示了在多種情況下（不同的金屬、氧化層、含量和輻射機制）這些現象的規律性。

對于這些現象的測定和解釋很重要，因為其有助于改善許多設備和設施。例如中子管，所謂的中子管可用于中子流的產生。其主要的管元件之一是一個薄的負載氫同位素的鈦層。鈦層中氫同位素的含量越高，管內產生的中子流越大，管工作時間也越長。對該現象的理解，有助于降低鈦層中氫同位素的損失，從而提高生產率，延長管的使用年限。

再如壓水堆之類的原子反應器的燃料元件中的鋯涂層，其表面有一層氧化物，阻礙了水冷卻劑中氫氣和燃料元件中含鈾材料的接觸。反應器活性區與水、氫離子和含氫類自由基相互作用，導致鋯涂層的腐蝕，使得燃料元件的使用壽命受到限制。它們的完整性遭到破壞，阻礙氫擴散的性能損失。燃料元件表面的氧化層，極大地降低了降解和氫滲透速率。

國際熱核實驗反應堆的真空腔壁和其組成元件，在其工作過程中，與產生的等離子和金屬粉塵接觸，將會吸收氚。最后，反應堆可能很快就變得具有放射性，從而影響其未來的使用。研究的結果表明，等離子的含量應當控制在阻礙氚在材料中累積的范圍內，由此確保反應堆安全。

原文鏈接：Scientists 'teach' hydrogen to penetrate in metal surfaces through oxidate layers。

本文由編輯部楊浩提供素材，朱星燁編譯，點我加入材料人編輯部。