Průlom pro jadernou fúzi: Vědci v USA poprvé detailně sledovali korozi uranu vodíkem

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ve Spojených státech poprvé detailně pozorovali a charakterizovali počáteční fáze koroze uranu vodíkem.

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ve Spojených státech poprvé detailně pozorovali a charakterizovali počáteční fáze koroze uranu vodíkem. Tento objev je zásadní pro rozvoj pokročilých energetických technologií, jako je jaderná fúze, skladování vodíku a jaderná paliva.

Pochopení reakce degradace kovů vodíkem je klíčové pro zlepšení odolnosti komponent vystavených plazmatu v jaderné fúzi, zajištění spolehlivosti materiálů pro skladování vodíku a zvýšení účinnosti a životnosti palivového cyklu jaderných reaktorů. Tým využil nedestruktivní zobrazovací metodu, konkrétně interferometrii bílého světla, k zaznamenání průběhu reakce v reálném čase. Tato technika umožňuje měřit odraz světla od povrchu uranu a vytvářet topografickou mapu, aniž by došlo k poškození materiálu.

Historicky bylo sledování počátku této reakce obtížné, jelikož standardní monitorovací metody fungovaly efektivně až poté, co byla reakce již v pokročilé fázi. Díky nové metodě mohli vědci opakovaně skenovat stejný povrch po celou dobu reakce a vytvořit tak záznam snímek po snímku. Získaná data odhalila neočekávané chování: hydridové puchýře se neobjevovaly tam, kde je modely předpovídaly, a koroze se šířila spíše horizontálně po povrchu než do hloubky kovu.

Interakce vodíkového plynu s kovovým uranem vede ke vzniku reaktivního prášku a nekontrolovatelné reakce. Jak vysvětlil vědec LLNL Jibril Shittu, vodík se nejprve rozpustí a difunduje do uranového kovu. Jakmile uran již nemůže plyn pojmout, oba materiály se spojí a vytvoří novou sloučeninu – hydrid uranu. Protože hydrid uranu zaujímá větší objem než původní uranový kov, zvyšuje se vnitřní tlak, což vede k vytvoření mělkého puchýře na povrchu. Ten nakonec praskne, uvolní prášek hydridu uranu a odhalí čerstvý kov, což reakci urychluje. Tento cyklus – adsorpce, disociace, difúze, akumulace, tvorba puchýřů, prasknutí a odlupování – je po svém zahájení obtížné zastavit.

Výsledky tohoto výzkumu umožní vědcům vytvářet přesnější a fyzikálně podložené modely degradace uranových komponent. Dalším krokem bude rozšíření výzkumu na širší rozsah podmínek, jako je teplota, tlak a stav materiálu. Tato bezkontaktní zobrazovací metoda by navíc mohla najít uplatnění i v jiných oblastech, například při zkoumání degradace v hydridových supravodičích nebo obecné průmyslové korozi kovů.