gogasy (gogasy) wrote,
gogasy
gogasy

Categories:

Поведение гелия в тритидах титана




ПОВЕДЕНИЕ ГЕЛИЯ
В ТРИТИДАХ ТИТАНА

 

Г.И.Сердцев

 

Изучение газовыделения Не3 из тритидов металлов проводилось в ряде работ [1-11]. Тритид титана при комнатных температурах в области Ti T0,17 - Ti T1,5 существует в виде суммы фаз (α + β), причем α-фаза имеет гексагональную упаковку, а β-фаза имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку с постоянным периодом 4,404 А0  [12]. В гомогенной области Ti T1,5 - Ti T1,7  период а линейно растет с увеличением содержания водорода и составляет для Ti T1,7 величину 4,424 А0 .

Известно, что Не3 по мере его накопления в тритиде титана удерживается до некоторой «критической» концентрации, после достижения которой скорость его выделения из тритида становится соизмеримой со скоростью его образования. До достижения «критической» концентрации скорость выделения не превышает 1% от скорости его образования [2].

В тоже время данные по температурному удержанию Не3 показывают, что выделение Не3 носит ступенчатый характер, т.е. имеются определенные значения температур при которых выделение Не3 резко увеличивается [1, 13, 14].

Так при комнатной температуре гелий удерживается до атомных отношений 0,34-0,39, при температуре от 200 до 400 С – до атомных отношений 0,25.

Измерения Не3, выделившегося из тритидов титана с различным содержанием Не3  показали, что по мере увеличения атомного отношения Не3 температурная прочность падает [1, 2]. Кроме того, данные по изотермическому нагреву тритидов титана свидетельствуют о том, что потери  носят ступенчатый характер по мере подъема температуры, а суммарное газовыделение Не3 соответствует газовыделению при постоянном нагреве тритида до той же температуры.

Имеющиеся данные по удержанию Не3 тритидами не только не нашли удовлетворительного физического объяснения, но даже не привязаны к какому либо физическому параметру, так как часть высокотемпературных пиков выделения Не3 лежит в области температур при которых тритий из тритида выделяется полностью.

В данной работе предпринята попытка обнаружения общей закономерности удержания радиогенного Не3, справедливой для тритидов титана с любым атомным отношением трития к титану.

Поскольку тритиды обычно имеют ГЦК-решетку со статистическим заполнением тетраэдрических пустот атомами водорода (трития) в диапазоне Ti T1,5 - Ti T1,7 , а образующийся в результате радиоактивного распада трития Не3 может размещаться в октаэдрических пустотах (элементарная ГЦК-решетка имеет 4 атома Ti , 4 октапоры и 8 тетрапор), сделано предположение, что зависимость термической прочности удержания Не3 тритидами титана от степени заполнения октапор атомами Не3 является общей для всех тритидов закономерностью (в том числе при любых средних количествах трития).

Так по мере образования атомов Не3  происходит статистическое заполнение ими октапор ГЦК-решетки тритида. Первое температурное изменение свойств тритида при накоплении Не3  должно произойти после заполнения одной октапоры каждой матрицы решетки. Это соответствует атомному отношению по гелию η = 0,25. Атомное отношение по тритию в этот момент не превышает 1,75.

По мере дальнейшего распада трития вновь образовавшиеся атомы Не3 могут занимать лишь свободные октапоры. При этом, атомы Не3 будут мигрировать в пределах элементарной ячейки таким образом, чтобы в итоге образовалась наиболее устойчивая конфигурация расположения атомов гелия. Такая конфигурация возникнет после дополнительного образования еще одного атома Не3  на 4 элементарные ячейки (схематическое размещение дополнительных атомов Не3 приведено на рис. 1), что соответствует атомному отношению по гелию η =  (1+0,25)/4 = 0,3125. При этом атомное отношение по тритию не превышает 1,6875.

Аналогичное размещение двух дополнительных атомов Не3 на гранях элементарной ячейки дает следующую величину атомного отношения по гелию, приводящее к изменению физических свойств тритида,       η = (1+2х0,25)/4 = 0,375  (максимальное атомное отношение по тритию  1,625).
Для трех дополнительных атомов гелия атомное отношение равно
η = (1+3х0,25)/4=0,4375.

Таким образом, формула устанавливающая связь атомного отношения Не3 с изменением температурных свойств тритида имеет вид
η = (1+ n 0,25)/4, где n=0, 1, 2, 3


Литература.
1. А.М.Родин, В.В Суренянц. Физ. Металлов и металловедение, 10, 1960, 216.
2. А.М.Родин, В.В Суренянц. Ж. физ. Химии, 45, 1971, 1094, (612-644)
3. L.C.Beavis, W.J.Kass, J.Vac.Sci.Technol. Vol 14, No 1, 1977, 503-513
4. W.G.Perins, W.J.Kass, L.C.Beavis. Radiation Effects and Tritium Technology for Fusion Reactors, CONF-750989, Vol IV, pp 83-97
5. J.R.Cost, R.G.Hickman. J.Vac.Sci.Tech. 12, 1975, 516-519
6. J.R.Cost, R.G.Hickman. Radiation Effects and Tritium Technology for Fusion Reactors, CONF-750989, Vol I, pp 234-249
7. M.E.Malinowski,P.R.Coronado. Radiation Effects and Tritium Technology for Fusion Reactors, CONF-750989, Vol IV, pp 53-67
8. R.S.Carlson. Radiation Effects and Tritium Technology for Fusion Reactors, CONF-750989, Vol I, pp 36-52
9. R.C.Bowman, Jr. and A.Attalla. Radiation Effects and Tritium Technology for Fusion Reactors, CONF-750989, Vol IV, pp 68-82
10. R.C.Bowman, Jr. and A.Attalla. TransAmer.Nucl.Soc. 28, 200, 1978
11. Ю.М.Хирный, Л.М.Кочемасова, П.Г.Бережко. Ж.физ.хим. 53, 1979, 1797
12. З.М.Азарх, П.И.Гаврилов. Кристаллография, 15, 1970, 275-279
13. .R.Cost, R.G.Hickman. J.Vac.Sci.Tech. 12, 1975, 516-519
14. Pierre Bach. Improvement of the room-temperature behavior of metal tritides with respect to 3HE release: Titanium/ Applied Physics Letters, Vol. 37, No. 5 1 September 1980



Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment