Водород в цирконии часть 1

Abstract

Систематизированы сведения о поведении водорода в цирконии. Предлагаемые материалы касаются ряда основных физико-химических характеристик двух участников реакции взаимодействия Zr–H (H и Zr), а также фундаментальных данных о системе Zr–H в целом. Приводятся сведения о положении атомов водорода в решетке Zr (преимущественно тетрагональные пустоты) и его динамике. Следует отметить, что дискуссионным является вопрос относительно того, имеет ли растворенный в цирконии водород состояние нейтральных атомов H⁰ или ионов (H⁺, H⁻, Hδ⁻, Hδ⁺), в то же время однозначно утверждается, что водород в цирконии не встречается в молекулярном состоянии и не образует пор, заполненных молекулярным газообразным водородом. Изложены основные принципы взаимодействия водорода с металлами (М). Представлена термодинамика адсорбции и абсорбции водорода цирконием. Большое внимание уделено корреляции характеристик взаимодействия в системе М–Н с положением М в периодической системе элементов и оценке реализации этих корреляций применительно к системе Zr–H. Приведены сведения о диффузионной подвижности водорода в цирконии. Собираемые сведения ориентированы на создание исходной базы данных о взаимодействии в системе Zr–H, необходимой при проведении исследований по замедленному гидридному растрескиванию.

Систематизовані відомості про поведінку водню в цирконії. Пропоновані матеріали стосуються низки основних фізико-хімічних характеристик двох учасників реакції взаємодії Zr–H (H і Zr), а також фундаментальних даних про систему Zr–H в цілому. Наводяться відомості про становище атомів водню в решітці Zr (переважно тетрагональні порожнечі) і його динаміці. Слід зазначити, що дискусійним є питання щодо того, чи має розчинений в цирконії водень стан нейтральних атомів H⁰ або іонів (H⁺, H⁻, Hδ⁻, Hδ⁺), в той же час однозначно стверджується, що водень в цирконії не зустрічається в молекулярному стані і не утворює пор, заповнених молекулярним газоподібним воднем. Викладено основні принципи взаємодії водню з металами (М). Представлена термодинаміка адсорбції і абсорбції водню цирконієм. Велику увагу приділено кореляції характеристик взаємодії в системі М–Н з положенням М у періодичній системі елементів та оцінці реалізації цих кореляцій стосовно до системи Zr–H. Наведено відомості про дифузійну рухливість водню в цирконії. Зібрані відомості орієнтовані на створення вихідної бази даних про взаємодію в системі Zr–H, необхідної при проведенні досліджень по сповільненому гідридному розтріскуванню.

The data on hydrogen behavior in zirconium has been systematized. The proposed materials relate to a number of the main physicochemical characteristics of the two participants in the reaction of Zr–H (H and Zr) and to the basic data of the Zr–H system as a whole. The information on the hydrogen atoms position in the Zr lattice (predominantly tetragonal voids) and its dynamics is provided. It should be noted that the debatable question is whether hydrogen dissolved in zirconium has the state of neutral atoms H⁰, or ions (H⁺, H⁻, Hδ⁻, Hδ⁺), while it is clearly stated that hydrogen is not found in zirconium in the molecular state and does not form bubbles filled with molecular hydrogen gas. The basic principles of interaction of hydrogen with metals (M)are expounded on. The paper also presents thermodynamics of adsorption and absorption of hydrogen by zirconium. Much attention is paid to the correlation characteristics of the interaction in the system M–H to the position of M in the periodic table of elements and evaluating the implementation of these correlations with respect to the system Zr–H. The information about the diffusion mobility of hydrogen in zirconium is provided. The information collected focused on the creation of the source database on the interaction in the system Zr–H, necessary for conducting research on delayed hydride cracking.