科学家们“教”氢穿过金属表面氧化层

材料牛注：研究者们发现，在氧化物表面辐射的条件下，氢气渗入表面和被金属捕获速度加快，这种现象被称为“辐射增强渗透”。

金属表面的氧化层是氢气渗入和析出的阻碍。在MEPhI等离子物理系进行的实验表明，氢气在氧化层的渗入可以通过原子和离子流动，经表面氧化物的辐射进行。尤其是在氢原子或氢等离子氧化物表面辐射的条件下，氢气渗入表面和其被金属捕获速度加快。当表面辐射出的离子或原子流含有氧气混合物时，氢气析出就会发生。这种现象被称为“辐射增强渗透”。

研究者们通过三年多的实验发现了这些现象，并揭示了在多种情况下（不同的金属、氧化层、含量和辐射机制）这些现象的规律性。

对于这些现象的测定和解释很重要，因为其有助于改善许多设备和设施。例如中子管，所谓的中子管可用于中子流的产生。其主要的管元件之一是一个薄的负载氢同位素的钛层。钛层中氢同位素的含量越高，管内产生的中子流越大，管工作时间也越长。对该现象的理解，有助于降低钛层中氢同位素的损失，从而提高生产率，延长管的使用年限。

再如压水堆之类的原子反应器的燃料元件中的锆涂层，其表面有一层氧化物，阻碍了水冷却剂中氢气和燃料元件中含铀材料的接触。反应器活性区与水、氢离子和含氢类自由基相互作用，导致锆涂层的腐蚀，使得燃料元件的使用寿命受到限制。它们的完整性遭到破坏，阻碍氢扩散的性能损失。燃料元件表面的氧化层，极大地降低了降解和氢渗透速率。

国际热核实验反应堆的真空腔壁和其组成元件，在其工作过程中，与产生的等离子和金属粉尘接触，将会吸收氚。最后，反应堆可能很快就变得具有放射性，从而影响其未来的使用。研究的结果表明，等离子的含量应当控制在阻碍氚在材料中累积的范围内，由此确保反应堆安全。

原文链接：Scientists 'teach' hydrogen to penetrate in metal surfaces through oxidate layers。

本文由编辑部杨浩提供素材，朱星烨编译，点我加入材料人编辑部。