CC BY
4Конструкционные материалы
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ АЗОТА НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ УДЕРЖАНИЯ ДЕЙТЕРИЯ В СТАЛИ Х18Н10Т
И. М. Неклюдов, А. Н. Морозов, В. Г. Кулиш*, В. И. Журба
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» ул. Академическая 1, Харьков, 61108, Украина E-mail: morozov@kipt.kharkov.ua
* Харьковский Национальный педагогический университет им. Г. С. Сковороды ул. Артема 29, Харьков, 61002, Украина
Накопление водорода и его изотопов в конструкционных и функциональных материалах в процессе эксплуатации ядерных реакторов является чрезвычайно опасным явлением, ведущим к водородной деградации и возможным непредсказуемым разрушениям оборудования. Синергетический характер этого явления обуславливает усиление дег-радационных процессов при взаимодействии водорода с примесями внедрения. Примеси внедрения, прежде всего такие, как азот, кислород, углерод, содержатся в металлах и дополнительно накапливаются в процессе их эксплуатации. Изучению роли и влияния примесей внедрения на захват и удержание водорода в сталях в литературе уделено недостаточно внимания. В настоящей работе с помощью термической десорбционной спектрометрии определены температурные диапазоны удержания дейтерия в аустенитной нержавеющей стали Х18Н10Т, предварительно имплантированной ионами азота. Показано, что предварительная имплантация ионов азота приводит к увеличению температурных диапазонов удержания дейтерия в направлении возрастания температуры. Величина температурных диапазонов зависит от дозы (концентрации) внедренного азота.
Введение азотной примеси внедрения осуществлялось имплантацией ионов Щ с энергией 28 кэВ при температуре ~300 К в интервале доз 3,5х1016Ы/см2...1,8х1017Ы/см2. После внедрения азота охлажденный до температуры ~140 К образец подвергался имплантации ионами Щ+ с энергией 14 кэВ до дозы ~1,5х1016 D/см2. Последовательно облученные ионами азота и дейтерия образцы нагревались в режиме линейного роста температуры со средней скоростью ~5 К/с до ~1500К. В процессе нагрева осуществлялась регистрация масс 4 а. е. м. (Щ+) и 28 а. е. м. (N2+).
Спектр термодесорбции претерпевает изменения от сложной структуры с плохо разрешенными пиками при дозе ~6,5х1016Ы/см2 до структуры с хорошо разрешенными двумя пиками с температурами максимумов ~410 К и ~640 К при достижении дозы 1,8х1017Ы/см2 (рис. 1). При
Температура, К
Рис. 1. Спектры термодесорбции имплантированного дейтерия дозой ~1,5х1016 D/см2 при Т ~ 140 К в образцы стали Х18Н10Т, предварительно облученные различными дозами ионов азота: 1 — 0; 2 — 3,5х1016Ы/см2; 3 — 5х1016Ы/см2; 4— 6,5х1016 Ы/см2; 5 — 1,1х1017Ы/см2; 6 — 1,8х1017Ы/см2
этом газовыделение дейтерия происходит в диапазоне температур от ~330 К до ~1000 К. Это позволяет сделать вывод, что наличие азотной примеси внедрения в стали Х18Н10Т приводит к расширению температурного диапазона удержания дейтерия в направлении увеличения температуры.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE №5(37) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 5(37) (2006)
Водородная энергетика и транспорт
THE INFLUENCE OF NITROGEN INTERSTITIAL IMPURITY ON TEMPERATURE RANGES OF DEUTERIUM RETENTION IN AUSTENITIC STAINLESS STEEL
I. M. Neklyudov, A. N. Morozov, V. G. Kulish*, V. I. Zhurba
National Science Center "Kharkov Institute of Physics and Technology" Akademicheskaya str. 1, Kharkov, 61108, Ukraine E-mail: morozov@kipt.kharkov.ua
* G. S. Skovoroda National Pedagogical University at Kharkov Artema str. 29, Kharkov, 61002, Ukraine
Temperature ranges of deuterium retention in austenitic stainless steel 18Cr10NiTi (of AISI304L type) pre-implanted with nitrogen ions have been determined.
The temperature range values are dependent on the dose (concentration) of implanted nitrogen. The introduction of nitrogen interstitial impurity was performed through implantation of 28 keV N+ ions at a temperature of ~ 300 K in the dose range from 3.5x1016 N/cm2 to 1.8x1017 N/cm2. Following nitrogen implantation, the specimen was cooled down to ~140 K and then was subjected to implantation with 14keV D+ ions to a dose of ~1.5x1016 D/cm2. The specimens successively irradiated with nitrogen and deuterium ions were heated up to ~1500 K at an average rate of ~5 K/s under conditions of linear rise in temperature. In the process of heating, masses of 4 AMU and 28 AMU were measured.
The analysis of the deuterium thermodesorp-tion spectra from steel 18Cr10NiTi has shown that the presence of nitrogen interstitial impurity at a level of 3.5x1016 N/cm2 brings no change in the position of the gas evolution peak maximum on the temperature scale (see Fig. 1). However, in this case, the peak spread up in temperature is observed, and this is correspondingly followed by widening of the deuterium gas release region. A further increase in the N+ pre-irradiation dose leads to a constantly increasing temperature range of deuterium release.
The thermodesorption spectrum shows evolution from a complicated structure with poorly resolved peaks at a dose of ~6.5x1016 N/cm2 to a
a
С С
200 400 600 800 1000 1200
Temperature, K
Fig. 1. Thermodesorption spectra of deuterium implanted into steel 18Cr10NiTi at Tirr = 140 K for dose ~1.5x1016 D/cm2 the nitrogen ion pre-implantation for different irradiation doses: 1—0; 2 — 3.5x1016 N/cm2; 3 — 5x1016 N/cm2; 4 — 6.5x1016N/cm2; 5— 1.1x1017N/cm2; 6 — 1.8x1017N/cm2
structure with two well resolved peaks with the peak temperatures of ~410 K and ~640 K as a dose of 1.8x1017 N/cm2 is attained. In this case, the deuterium gas release occurs in the temperature range from ~330 K to ~1000 K. This suggests that the presence of nitrogen interstitial impurity in the steel 18Cr10NiTi leads to an extension of the temperature range of deuterium * retention by increasing the maximum temperature <t of that range. I
a с
x T
<1D I
С
С
©
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE №5(37) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 5(37) (2006)
