Усовершенствовать позитронную спектроскопию – самый чувствительный метод анализа дефектов на атомарном уровне – смогли исследователи Томского политехнического университета (ТПУ). По их словам, разработка поможет создать новые эффективные материалы для водородной энергетики. Исследование опубликовано в журнале Materials.
Насыщение материалов водородом, как объяснили ученые ТПУ, чаще всего приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств. В промышленности и ядерной энергетике для целого ряда систем, где водород используется как топливо или выделяется при эксплуатации, это создает большой риск аварий.
Для разработки материалов, устойчивых к водороду, применяется метод позитронной спектроскопии – наиболее точный и чувствительный способ анализа дефектов размером порядка атома, объяснили ученые. Однако, по их словам, эффективность анализа ограничивается используемыми сегодня источниками позитронов, которые не позволяют изучать процесс взаимодействия водорода с материалом, давая представление лишь о последствиях этого взаимодействия.
Исследователи ТПУ создали новый источник на основе изотопа медь-64, который, по их словам, впервые позволил провести позитронную спектроскопию самого процесса образования дефектов при насыщении водородом. По их словам, это поможет в разработке эффективных материалов-водородонакопителей.
«Медная фольга определенного объема и толщины облучается тепловыми нейтронами в реакторе, затем ее упаковывают вместе с изучаемыми образцами в камеру спектрометрического комплекса. Испускаемые позитроны захватываются дефектами и аннигилируют с электронами, тем самым обнаруживая места, где в кристаллической решетке под действием водорода возникли изъяны», – объяснил доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Роман Лаптев.
Отличие нового источника от аналогов в том, что он не разрушается при использовании, даже при высоком давлении и нагреве до 900 °C в водородной среде, отметили создатели. Период полураспада меди-64 всего 12 часов, поэтому новый источник быстро становится радиационно-безопасным, в отличие от традиционных, применяемых сегодня.
В рамках программы «Приоритет-2030» научный коллектив намерен усовершенствовать методику применения предложенного источника позитронов и разработать на ее основе новый подход к позитронной спектроскопии.
