XXXII Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 14 – 18 февраля 2005 г. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ВОДОРОДА ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ С ТРЕЩИНАМИ В ЗАЩИТНОМ СЛОЕ. А.А. Писарев, И.В. Цветков, С.С. Ярко Московский инженерно-физический институт, Москва, Россия, e-mail: pisarev@plasma.mephi.ru J/Jbare В проекте водо-охлаждаемого свинцово-литиевого бланкета для снижения потерь трития предполагается наличие барьеров для проницаемости на поверхности бланкета и охлаждаемых труб. Барьером может служить слой вещества, в котором затруднена диффузия водорода. Покрытие должно удерживаться на поверхности конструкционных материалов и сохранять целостность в условиях тепловых нагрузок (T ~ 450 K). Наиболее перспективным решением считаются покрытия, обогащенные алюминием, на поверхности которых образуется Al2O3, но на данный момент существующие технологии нанесения покрытия: химическое осаждение из газовой фазы и погружение в расплав не дали ожидаемых результатов [1]. Эффективность получаемых барьеров низка, нарушение целостности слоя приводило к тому, что энергии активации проницаемости через образцы с покрытием были близки к энергии активации через непокрытые (контрольные) образцы. Целью данной работы является расчетное исследование проницаемости водорода через мембраны с поврежденным защитным слоем. Предположим, что на входной поверхности мембраны имеется защитный слой, покрытый сетью сквозных трещин, через которые молекулярный водород проникает на поверхность мембраны, растворяется и диффундирует к выходной стороне. Диффузия в защитном слое пренебрежимо мала. Назовем степенью растрескивания отношение площади трещин к площади поверхности мембраны - Scrack/S, площадь трещин определяется толщиной трещин и суммарной длиной. Для численного расчета будем считать, что сеть трещин образует гексагональную структуру в плоскости поверхности. Решение задачи диффузии в трехмерной области с граничными условиями на входной поверхности, соответствующими растворению водорода в местах, где трещины подходят к поверхности мембраны (ребра шестиугольников) позволяет получить оценку проницаемости через мембрану с поврежденным защитным слоем. На рис. 1 представлена зависимость эффективности такого 4 слоя в качестве барьера для проницаw1=w2=10 1.0 3 емости (т.е. отношение проникающих w1=w2=10 2 потоков через мембрану с защитным w1=w2=10 0.8 покрытием – J и через мембрану без 1 w1=w2=10 0.6 покрытия – Jbare) в зависимости от сте0 w1=w2=10 пени растрескивания для различных -1 0.4 w1=w2=10 режимов проницаемости, которые -2 w1=w2=10 0.2 определяются транспортными парамет-3 w1=w2=10 рами w1,2=K1,2Sp½L/D [2]. В частности, 0.0 видно, что для материалов, в которых 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 проникновение лимитируется Scrack/S диффузией (w1=w2>>1), эффективность Рис. 1. Эффективность защитного слоя в барьера практически сводится к нулю зависимости от степени растрескивания. при Scrack/S > 10-3. Литература. [1]. A. Aiello, A. Ciampichetti, G. Benamati, J. Nucl. Mater. 329-333 (2004) 1398-1402. [2]. A.Pisarev, A. Bacherov, Physica Scripta, 2004, Vol. T108, p.124. 1