ПРОНИКНОВЕНИЕ ДЕЙТЕРИЯ ЧЕРЕЗ НИЗКОАКТИВИРУЕМЫЙ СПЛАВ V--4Cr--4Ti И СПЛАВ V--4Cr-4Ti С НАНЕСЁННЫМИ AlN/Al-ПОКРЫТИЯМИ

摘要

Сплавы на основе ванадия рассматриваются в качестве кандидатных конструкционных материалов для термоядерных (ТЯР) и быстрых ядерных реакторов. Некоторые свойства сплавов ванадия особенно привлекательны для ТЯР -- быстрый спад наведённой активности, стойкость в среде жидкого лития, жаропрочность. В то же время сплавы ванадия хорошо сорбируют и растворяют изотопы водорода и потоки водорода сквозь материалы на основе ванадия достаточно высоки. Водород оказывает влияние на пластичность V-сплавов и при высоких концентрациях значительно снижает её. Это необходимо учитывать, рассматривая возможность использования сплавов ванадия в элементах конструкции ТЯР, в особенности если предполагается контакт этих материалов с радиоактивным тритием. Настоящая работа посвящена исследованию проникновения дейтерия через сплав V--4Сr--4Ti и тот же сплав с осаждёнными покрытиями из AlN на адгезионном подслое из Аl. Осаждение изоляционных покрытий на конструкционные материалы бланкета позволит уменьшить влияние сильных магнитных полей токамака на течение жидкометаллического теплоносителя (например, лития). Показано, что покрытия также приводят к уменьшению проникающего потока дейтерия в несколько раз по сравнению с подложкой из V--4Ti--4Сr, покрытой оксидной плёнкой, и до 3--4 порядков относительно литературных данных для ванадия и его сплавов с поверхностями, свободными от окислов. По совокупности свойств (термомеханических, изоляционных, умеренному распуханию под воздействием нейтронного облучения, теплопроводности на порядок больше, чем у оксидных покрытий) AlN-покрытия кажутся привлекательными для применения в ТЯР как в качестве изоляционного, так и покрытия, подавляющего проникновение водорода.%V-based alloys are candidate structural materials for fusion and fast neutron reactors. Fast decay of induced activity, durability in liquid lithium at high temperatures -- are the properties of vanadium alloys making them very attractive for fusion. At the same time, V-alloys can absorb and dissolve hydrogen isotopes and the hydrogen flows through these materials can be high as compared with other structural materials. Hydrogen has on influence on the plasticity of V-alloys, and at high concentrations significantly reduces it. This should be taken into account while consider the possibility of using vanadium alloys for structural elements of fusion reactors, especially if these elements contact with radioactive tritium. This work is devoted to study of deuterium permeation through V--4Cr--4Ti alloy and the same alloy with the deposited coatings of AlN on the adhesion sublayer of Al. The deposition of insulating coatings on structural materials of the blanket will reduce the influence of strong magnetic fields of the tokamak if liquid-metal coolant (e.g., lithium) is used. It was shown that coatings also reduce deuterium permeating flux by several times in comparison with a substrate of V--4Ti--4Cr coated with an oxide film and up to 3--4 orders of magnitude relative to the literature data for vanadium and its alloys with oxide-free surfaces. By the combination of properties (thermomechanical, insulating, moderate swelling under the influence of neutron irradiation, thermal conductivity an order of magnitude greater than that of oxide coatings), AlN coatings seem to be attractive for FR usage both as an insulating and as the hydrogen permeability reduction.