美实验室首次观测氢-铀腐蚀早期过程

Lawrence Livermore美国国家实验室最近宣布，其科学家团队首次观测、成像并表征了氢-铀腐蚀的早期阶段。

根据LLNL的研究结果，这些发表在《材料降解》期刊上的发现可能有助于开发“更具预测性和物理基础”的模型，用于描述铀组件暴露于氢气时如何降解。反过来，此类模型可能提高用于聚变能发电、核燃料贮存和氢气贮存材料的安全性和耐久性。

铀向氢化铀转变：当氢气与铀金属发生化学反应时，氢会扩散进入铀中，导致部分铀转变为一种称为氢化铀的化合物。该化合物的体积相比原始铀金属显著增大。

随着氢化铀向金属表面扩展，会形成气泡并不断长大直至破裂，释放出氢化铀粉末。表面以这种方式破裂后，腐蚀性化学反应会加速。该研究的通讯作者、材料工程师兼博士后研究员Jibril Shittu解释道：“吸附、解离、扩散、积累、起泡、破裂、剥落。这就是循环过程，一旦开始就很难停止。”

这种失控的腐蚀反应会缩短聚变装置的寿命，并削弱氢气存储系统和核燃料贮存系统的可行性。

白光干涉测量法：为了更好地理解这种有问题的氢-铀相互作用如何开始，LLNL研究人员使用白光干涉测量法来测量从铀表面反射的光线，并从相互作用的开始阶段创建表面的形貌图。他们使用这种技术在水泡形成过程中重复扫描铀表面，并制作了分析用的视频记录。

分析揭示了氢化物气泡发展的先前未知细节，包括它们在铀表面的意外位置形成，然后通过浅表区域横向扩散而非深入金属内部。研究发现这些气泡出人意料地宽而浅。

这项研究中获得的见解将帮助科学家和工程师创建更准确的铀-氢腐蚀过程模型，因为他们致力于改进材料性能，以防止聚变反应堆和其他核相关应用中出现这种降解。

其他应用：LLNL研究人员打算在更广泛的温度和压力条件下继续进行白光干涉测量材料降解研究，以收集更多信息。除了可能改进核相关材料外，这种氢-金属相互作用分析可能在其他技术领域也有应用价值，包括氢化物超导体。