Моделирование свойств системы водород-металл с помощью данных MSR-экспериментов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

"и ^

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРЛСШГО ЗНАМЕНИ '

ИНЖЕНЕРНО - ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Карпов Сергей Борисович УДл 5^9.126

НОдаИГОВАНИК СВОЙСТВ СКСГЕЦЫ ВОДОРОД - МЕТАЛЛ С ПОМОЦЬЮ ДАННЫХ ш - ЭКСПЕРТ,ЕНТОВ 01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кавдвдата физико - математических наук

Иосква 1991

Ч

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно - физическом институте

Научный руководитель доктор физико-математических

наук, профессор Еебикова Ю.Ф. '

Официальные оппоненты доктор физико-математических

наук, старший научный сотрудник Писарев A.A.

Кавдодат физико-математических наук, старший научный сотрудник Яилов К.Е.

Ведущая организация Объединенный институт ядерных

исследований

Защита состоится 17 шэнл 1991 г. в Г5.30 на заседании специализированного совета К C53.03.Q2b Московском ик;хнерно-физ11ческом институте по адресу: II5403 Москва, Каширское шоссе,31, тел.: 324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ш!.

Автореферат разослан jS .M<Z-'-Просим принять участие в работе Совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь

Специализированного Совета В.Н.Яльцев

Подписано в ne4sub<2WSf г- ¿г&аз № Тира* НС экз. - -............................Кагпрсксе соссе, 31

! Г*V71 Т. " ...............................' ' 1

, ":- ■ ч - - :

• • ■•-■л.^ 1

' ОНДАЯ ХА?АКТЕ№СТИКА РАБОТЫ ;

Актуальность теш. Определяется рядом не решенных в настоящее 1 время фундаментальных и прикладных аспектов общей проблемы водо- ! род - металл. К числу важных фундаментальных задач указанной проблемы относятся вопросы о зарядовом состоянии водорода в металлах, типе его связи с атомами металла, состояниями его взаимодействия • с поверхностью металла и его кристаллитов. Важнейшими прикладными аспектами являются задачи о механизме водородного охрупчивания металлов, о создании тедаостабильных замедлителей для ядерных реакторов и проблемы 'диффузии атома водорода через первую стенку и термоядерных реакторов. Известно, что непосредственное изучение системы водород - металл наталкивается на значительные трудности, поскольку необходимо корректно учитывать взаимодействие атомов водорода с поверхностью металла и его кристаллитов, а такяе взаимодействия внутри'водородной подсистемы. С точки зрения экспериментальной физики это связано с необходимостью исследования макроскопических количеств 4немеченых" атомов водорода в металлах. В то же время "меченые" частицы - положительные мюони, масса которых в девять раз меньше массы протонов. Исследуя их дибфуо1ш и местоположение, мояно составить качественное представление о по- : вед ении атома водорода в металлах. Однако корректная теоретическая модель, учитывающая переход от взаимодействия более легкого изотопа к взаимодействию более тяжелого изотопа с решеткой металла в настоящее время не построена.

Цель работы.- разработка теоретического подхода и методики

; изотопного моделирования поведения атома водорода в металлах на

• . . . .......... 3

основе известных экспериментальных данных по диффузии мюонов в ые-! таллах.

Научная новизна. Исследования состоят в том, что разработаны I

!

новые методики количественного расчета параметров диффузии различных изотопов атомарного водорода в металлах с ГЦК и ОЦК - структурой. •

Установлен новый механизм диффузии атомов водорода в негвдри- ' дообразуших ОЦК - металлах, в основе которого лскит механизм ка- . налировання атомов водорода. Разработана такне новая методжа определили параметров, характеризующих кинетику атомарного водорода в металлах, позволяющая вычислить константы поверхностной и объ см ной диффузии атома водорода, а та1с:;е его удаления с поверхности образца.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика теоретического расчета потенциала взаимодействия ;

^ атома водорода с решеткой позволяет получать как качественную,так и количественную инфорлацию о поведении атомов водорода в металлах независимо от состояния га поверхности и совершенства их кшс-

■ таллической структуры, наличия в них посторонних примесей, вероятности образования гвдрвдов. Комплекс предложенных методик позволяет такяс оценивать изменения упругих постоянны;: материала

■ под действием внедренных атомов водорода. Предложенные методики

■ следует рекомендовать для изучения разнообразных ловупек для атома водорода в твердых телах приводящих к охрупчиваниа материалов,

| образованию "рыбьей чешуи" и т.п.

| На защиту выносятся:

I - универсальная методика расчета потенциала взаимодействия атома

| водорода с кристаллической р-зиеткой металлических систем;

- предсказан ь новый механизм диффузии водорода в решетках ОЦК- ; | металлов, основанный на эффекте каналирования;

j - феноменологическая теория изменения упругих констант материалов в процессе диффузии атомов водорода в металле с учетам как объемной, так и поверхностной Диффузии атомов водорода;

- экспериментальные данные по изучению изменения упругих констант ванадия и стали при их электролитическом наводоронивании, полу-( ченные методом ультразвукового резонанса.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на четвертой Мегдународной конференции по исследованию свойств вещества методом ДОН (l.ifR -4*Упсала, Швеция, 1965 г.); втором Международном симпозиуме по взаимодействию мюонов и пионов с веществом (Дубна, СССР,1967 г.); Восьмом Международном совещании по сверхтонким взаимодействиям (Прага, Чехо-Словакия,1989 г.); Первом Всесоюзном совещании по сверхтонки.! взаимодействиям (Москва,СССР, 1985 г.); Четвертом и Пятом совещаниях "Программа экспериментов на мезонной фабрике" (Звенигород,СССР,1955 г. и 1967 г.); сессиях ОЯЗ АН СССР (I960 г. и 1968 г.) и научной конференции МИ5Л (1987). По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Объем, работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы (176 названий). Общий объем работы - 160 страниц, из них основной текст - 120 страниц, количество'рисунков - 10 . таблиц - d.

Содержание работы.

Проанализированы существующие экспериментальные данные исследований свойств системы водород-металл, полученные как макроскопическими, так и ядерно-фкэическши методами. Показано, что, несмотря на обилие экспериментальных данных, во многих случаях не-

f

известны нэ только точные значения параметров диффузии атома водо-] рода в материале, но и неизвестен сам механизм диффузии. Кроме то-1 ■ го, недостаточно изученными представляются вклады различных механизмов дглхрузии в поликристаллических материалах. Установлено,что : 1.:етод ^¿к - спектроскопии является необходимы.: дополнением к уке существующим методам исследования системы водород-металл в силу относительно небольшого различия в массах мюо на и протона и почти ' полной идентичности их взаимодействия с решеткой металла. Блеете • с тем выяснено, что отсутствует решение обратной задачи: по из. вестныы данным о местополонении и диффузии мюона в решетке определить параметры, характеризующие взаимодействие и диффузию атомов водорода с решеткой металла. •

• Для решения этой задачи прогеден анализ механизмов диффузии ' мюонов в металлах. Показано, что наиболее достоверную информацию Ханко получить, если принять во внимание основные два механизма: | некогерентное ту не лл про ь а ни е мюонов (Т^-Ю* 100 К) и надбарьерцую диффузию (Т ™100 - 300 К). Из экспериментальны;: данных известны три параметра, характеризующих эти процессы: энергия активации надбарьерной диффузии, , энергия искажения решетки, Ек , и матричный глемент,^,ответственный за переход из одного равновесно: го положения в другое. Кроме того, из экспериментов по ориентаци-! онной зависимости скорости релаксации мюонов поено считать задан: нам положение их равновесия. Определение параметров взашодейст-; вия необходимо начать с расчета потенциала, который, помимо из; вестных из эксперимента трех параметров, требует следующих исход: ных предположен^. Попадая в мездоузлия кристаллической решетки, ; мюон колеблется около положения равновесия в потенциале, создава-1 емом ионами кристаллической решетки и электронами проводимости.

¡В окрестности точки равновесия потенциал обладает следующими свойствами:

I I) В точке равновесия потенциал имеет минимум.

I

1 2) Симметрия потенциала определяется симметрией ионного окружения

положения равновесия. 3) Потенциал периодичен. В связи с этим достаточно восстановить потенциал в пределах примитивной ячейки и распространить его затем путем периодического продолжения на весь кристалл.

Эти свойства потенциала кристаллической решетки тлеют общий характер независимо от конкретного ввда потенциала взаимодействия мюона с решеткой металла. В работе не делается никаких предполоне-ний о конкретном ввде потенциала взаимодействия мюона с ионами решетки. В основных своих чертах взаимодействие мюона и протона с кристаллической решеткой идентичны, поскольку с точностью до зависящего от искажения кристаллической решетки за счет различия в частотах колебаний мюона и протона в решетке, йотенциалы их взаимодействия с решеткой металла одинаковы.

По оценкам работы / I / искажение кристаллической решетки за счет колебаний мюона составляет .3 + 4%, за счет колебаний протона - 1%. Далее, потенциал взаимодействия представляется в виде разложения по степеням декартовых Координат в окрестности положения равновесия.

Шу;у;ъ) = ¿г'у ш

где о^ - коэффициенты разложения; ОС , у , 2 - текущие координаты, в положении равновесия X = О, У = 0, 2= 0; I , т , г?}р - натуральные числа.

Такой подход.не снижает общности решения данной задачи, однако для определения точного вида потенциала требуется бесконечное

йи^сто-ЬоН., ЗиКы ^¿гВ^Хр.&О

"число уравнений, что невозможно. Поэтому в любом случае задача о восстановлении ввда потенциала взаимодействия' мюона с решеткой ;

■ есть задача не^ректная, позволяющая определить потенциал взаимо- | '. действия только с той точностью, с какой разрешает погрешность

современных экспериментальных данных. Возможность использования : только трех экспериментальных параметров диктует необходимость ' ограничиваться лишь малым числом членов разложения потенциала. Кроме того, известно, что диффузия мюонов происходит не равновероятно по всем направлениям, а только по определенным, через седло-вые точки потенциала, которые можно определить, используя симметрию решетки и известные данные по локализации мюонов в решетке металла при низких температурах, Требование существования седловой

■ точки задается условием минимакса потенциала в этой точке. Кроме того, из разложения должен выпасть ряд членов, которые не отвечают симметрии кристаллографического окружения положения равновесия мюона. Предложен следующий критерий достаточности количества членов разложения потенциала. Считается достаточным, если вычислен-ше затем характеристики^описывающие диффузию и-локализацию изотопов водорода в решетке, не выходят за пределы погрешности существующих экспериментальных данных и правильно описывают физические эффекты, наблвдаемые в экспериментах по внедрению изотопов водорода в решетку металла. Дальнейшие расчеты проведены для тех : металлов, для которых имеются наиболее достоверные экспериментальные данные: для меди и железа.

ГЦК - структура. Решетка меди.

По известным данным мюон в решетке меди локализован в.окта-эдрических мездоузлиях (см.рис.1). Разложение потенциала в ряд по коосздгшатаы в окрестности центра куба (центра октаэдрического • междоузлия) делено теть следующий вид:

£) . ..

<*> (х'+У4*1) +<*t 6V* +

+ *л(хн +У4* + + «s (х^**

о^г» * + + гхуч) + ¿6 f г')

Деформация решетки представляется следующим образом: считается, что наибольшее искажение решетки будет для бл1Елйии:< атомов, находящихся в первой координационной сфоро о? из она (энергия деформации з изотропной среде зависит от расстояния до центра деформации как */zl )• Тогда для энергии искажения получено ецраление:

£л 3 о, ¿s fVk (â)

где fc а • Сп и ¿/а - упругие постоянные; a - па-

раметр решетки.

// - количество атомов в первой координационной сфетзе.

YJ- волновая функция j - го состояния мяо на в октапоре. ¡Матричный элемент перехода л «7 млеет вид

73 £ К H ^

где

^ - номера близлежащих да; % - волновая функция мюона в- i - ой яме.

. Оценить значение потенциала за пределами октаэдрического междоузлия монно следующим образом. Из уЛ S fi - экспериментов s меди/2 / известно, что температурный ход кривой релаксации поляризации мюонов монотонен. Э-го означает, что октаэдрическое мед-2. ЫсАгг H., pkyS. Utt. f г v fô

--• -..............- a----------------------------—-

доузлие является единственным положением устойчивого равновесия, в котором существует связанное состояние шона. Кроме октаэдричес-ких мкгдоузлий, положение устойчивого равновесия мояет существовать в тетраэдрических порах. Разложение потенциала в окрестности тетрапори имеет вид:

л*л. +А

где ее'¡у',2' - оси координат, изображенные на рисунке I.

ПростеГгакм потенциалом, который монет описать как наличие сед-лопых точек потенциала, так .и наличке двух минимумов в пределах примитивной ячейки, является-полином пе-стой степени. Три условия для определения коэффициентов с/, 4- Кб задаются величинами О, , остальные - путем спивкп потенциала (Я) с потенциалом ) для низаих его степеней в окрестности тетрапоры и существованием седловой точки в (О} °-/ч , Тогда для расчета коэффициентов разложения потенциала (А, 4- с^ получается следующая система уравнений: 2 -

¿н = (*/*УЧ5*,+ ¿К*

3. * V*

а £с£ Г34 МО** + Ыг+^г)}

К I. У" 'в)

¡с

[-ли -л.Л. ^^

12 Ч /я'а? / ~-- I

З^ГГ (_ ■ ____!

4 координаты седловой точки в направлении//, 1,7/

В результате расчета на ЭВМ коэффициенты разложения потенциала имеют следующие значения

= (17,62 ± 0,20)^/м2- А = (0,181 ± 0,021)

¿ъ = (-56,419 ± 8,141)-ГО20 ДУмч =(56,29 ± 7,39)^/м2 оСз= (17,51 ± 4,21).1020 Д*/ич Д= (Зо,519 ± 2,681)-1010 Л«/м3 оЦ = (6,21 ± 0,79).Ю40 ,/?,= (74,105+8,902)-1020

<*£■ = (15,76 ± 1,61).ю40 Д®/к6 . (-62,3 ± 7,1).1020

(-10,6 ± 0,80).Ю40 Д*/м6 $ = (0,55 ± 6,05)'. 1(Г10 м

у о

Результаты расчетов энергетических характеристик изотопов водорода приведены в таблице I."1 I.

Таблвда Р I

Части! л д ! • -цы !! ц , *!> ! ¿9/3 К-о у-й г й, з/З к-о у-ц

г |0,366±0,020 0,427*0,002 I -

|0,398±0,050 0,142*0,001 4 0,106*0,031 0,434*0,03 I

0,413±0,050 0,100*0,001 5 0,153*0,020 0,36 ± 0,02 I

0,420*0,050 0,082*0,001 7 0,175*0,020 0,32 ± 0,02 I

Сравнение экспериментальных значений = 0,398± 0,04^1 с полученным в таблице I показывает очень' хорошее согласие. Кро-

' мс того, бил восстановлен потенциал ¿) ~~~с"точностью !

до четвертой степени разложения, в окрестности октапоры. Из сравнения потенциалов и степеней видно, что коэффициенты Ыс' ' в них совпадают, а и различаются не более чем на 1о%. Такта образом мо:-::но говорить не только о физически корректном, но и о математически устойчивом решении. Результаты расчетов показывают, что единственным положением локализации мюона является октапо-ра.

ОЦК - структура. Ропстка тс лоза.

Характерная особенность потенциала в решетках металлов с 0Щ-структурой заключается в сличении ого симметрии. При расчетах были рассмотрены две модели:

1) мюон локализован р тетрапорс рспетки;

2) мюон не локализован ни в одной из пор рспетки, хотя и имеет по-локение устойчивого равновесия в тетрапоре.

Предположение об устойчивости положения равновесия мюона в тетрапорс решетки сделано на основании существующих нейтроногра-фических данных и благодаря идентичности потенциалов взаимодействия мюона и водорода с решеткой.

Расчеты, проведенные с использованием первой из моделей, показали несоответствие ¡ж существуют«.: экспериментальным данным. Поэтому наиболее реалистичной была признана вторая модель. В ней потенциал взаимодействия шона е реыетке в окрестности тетрапорц и октапоры имеет вид (рис. 2):

-- А + А г,г) ч а у " +

(Ю)

Физические условия, связываание Ея ; ^ и # с частотами колебаний в гармоническом приближении следующие:

. / * ¿уу -2\пзягУс*,**)х

_ т м, и)г лг ]

7■■ , ,

- Асо, -' г

= ¿>, /¿7 (с* ^Уг)/к С")

А = (-4*.7/,™ ^ ^

В результате вычислений для ; \ 0),\\ получают-

ся эн: Л, - (-31,164±2,181).НГ12 А«/м2 =(2э7е±0,0б).1(^14 с-1

•¿г« (63,41-3,57) ^Ум2 <^=(8,1±0,8).Ю8 с"1

(14,35±1,72).1020 <^/мч " чЛ =(-0,498§±0,042).10-12

V (-109,56+10,31). 1020 Я =(7,31±0,Б8)%12

и (30,4Б±3,01).1020 &/пч Д=(о2,328±4.3о2). КГ12^/;*2

Привел 'енные ешс расчеты позволили оценить величину энергии1 акти-

_____________________/д л

ваций для изотопов водорода: I) е гармоническом приближении

2) с учетом ангарлонических '

поправок

(0,029 ± 0,003) (¡\н= (0,020 ± и,002) ¿д, * (0,017 ± 0,002)

Фн =( 0,019 ± 0,003) . ^ =(0,012 ± 0,002) ■ $>и =(0,010 ± 0,002)

Проведенные расчеты приводят к следующим выводам: I. Октаэдрические междоузлия для шона, а, следовательно, й для протона, дейтерия и трития не являются положениями устойчи-

ческкх междоузлиях.

2. Частоты колебаний О, и ь)к в тетрапорах на много порядков различаются друг от друга. Это означает, что в негидридообра-зующих металлах мюон и все другие водородоподобные частицы оказываются делокализованными и испытывают только плоские колебания, что подтверждается, например, отсутствием многочастоткой процесс-сии мюонов в железе и хроме. Таким образом предположение о плоских колебаниях млона приводит к выводу о том, что все водородоподобные частицы в О ЦК - решетке диффувдируют по механизму канали-рования с энергией активации практически равной нулю. При этом возможными направлениями движения для частицы, уже попавшей в ок-тапору, являются оси ^ и у (рис. 2), а направление (НО)(на узел) запрещено. Следует отметить, что каналирование заряженных частиц в ОЩ - системах наблюдалось экспериментально / 3 /.Расчеты, приведенные в работе, показывают, также, что в ОЦК -металлах должен существовать обратный изотопный эффект: энергия активации диффузии.более легких изотопов водорода больше энергии активации тяжелых его изотопов. • ■

_^Экспериментальной проверке предложенных расчетов, а также

вого равновесия.- Такое положение достигается только в тетраэдри-

разработке методики измерения параметров диффузии водорода в поликристаллических материалах посвящена экспериментальная часть работа. Для этого били рассмотрены особенности различных методик, чувствительных к кинетике миграции атома водорода по различным структурным нсоднородностям и показано, что наиболее чувствительны!.! является метод ультразвукового резонанса,- основанный на зависимости модуля упругости материала от положения атома водорода. С целью описания этой зависимости была разработана феноменологическая теория Диффузии атомов водорода в решетке металла при следующих основных прсдполоксниях считается, что атом водорода молот находиться в трех различных состояниях: на поверхности образца, на поверхности кристаллита и внутри зерна кристаллита. Переход га одного состояния, I , в другое, Д , описывается феноменологическими константами, , характеризующими вероятность этого перехода в единицу времени, а выход водорода с поверхности,1 образца - вероятностью выхода в единицу времени,А . Тогда для описания диффузии водорода в металле получается система:

о; А/г[о)- м>; л

; поверхности образца и зерна. |

| Было получено общее'решение системы, а также частные решения ' при следующих предположениях: "медлешшй/ выход атомов водорода ; | с поверхности ( ) и "быстрый" выход атомов водоро-

да с поверхности ( ). ]

| Показано, что в монокристаллических образцах в случав "мед- ; ;ленного" выхода водорода с поверхности должно наблюдаться только : 1 монотонное изменение упругого модуля, а в псликристаллических образцах это изменение становится немонотонным и появляются осцилляции упругого модуля.

Установлено, что в случае "медленного" выхода атомов водорода с поверхности изменение модуля упругости имеет вид:

| Л + +■ Сеюср(рг-й)

1 где Л ? /3 » С* ~ константы, содержащие парциальные изменения

I ¿Г£,,'бГ£

| "-модуля упругости при попадании во-

> дорода в состояниях 1,2,3.

; р1 и рг - корни характеристического уравнения системы.

, Дня определения феноменологических констант предложено

дополнить метод ультразвукового резонанса металлографическими из-" морениями, позволяющими определить отношение площадей поверхности . образца и зерен и данными \f\Sfl - экспериментов, которые позволя-; ют определять константы и М/^ , а также измерением изменений упругого модуля в монокристаллах для исключения влияния границ зерна.

Для определения констант ^/¡х тогда в предположении ^ =0, верного для кристаллитов с не очень мелким зерном, получена сис- ' тема уравнений

и

где = р! + Рг , (р> ' Р*получающиеся из экспериментов с поликристаллами, Р - константа, получаемая из экспериментов с монокричталлическими образцами, и - плоаади поверхности образца и его кристаллитов.

Для случая "быстрого" выхода водорода- с поверхности показано, что корни характеристического уравнения комплексные, поэтому всегда наряду с релаксацией упругого модуля должны наблвдаться его осцилляции. Установлено, что в этом случае измеряются три зеличи-ны: рг + ; рг - и р1 , а константу выхода X можно определить из формулы р ( + р^- ~

■ Определение констант может быть лроведено при исполь-

зовании системы уравнений:

к

Иг*«

где константа должна быть получена из экспериментов с монокристаллами. Из данных уравнений можно определить все коэффициенты за исключением , поскольку преобладающий процесс-выход водорода с поверхности.

Из изложенных соображений следует, что метод ультраззуково-

(> - -......—

го резонанса позволяет в совокупности с данными, полученными ыето-1 •дами Ц и металлографии, получать экспериментальную оценку | кинетических коэффициентов» Феноменологическая теория дает возможность установить случаи, при которых наблвдаются осцилляции упругого модуля, в частности, это всегда должно наблюдаться при "быстром" выходе водорода с поверхности образца в металлах»

ч. Л

Для экспериментальной проверки феноменологической теории бы- . ■ло проведено экспериментальное определение изменения упругого модуля в образцах электротехнической стали и ванадии при различных режимах наводорокивания. Результаты обрабатывались на ЭВМ.

Выбор образцов электротехнической стали продиктован тем, что ' : из-за механизма каналирования диффузия атомов водорода внутри ; кристаллических, зерен протекает очень быстро и имеются только два состояния атомов водорода: на поверхности зерен и на поверх- ; ; ности образца, причем выход водорода на поверхность должен происходить медленно из-за большой рассредоточенности. ' В ванадии ке , который представляет собой гидридообразуищий металл, должно наблвдаться три возможных состояния атома водорода, внутри зерна, на поверхности зерна и на поверхности образца. В силу более высокой поглощающей способности зерен в ванадии может также происходить насыщение приповерхностного слоя.•

Результаты экспериментов приведены в таблице

Таблица

ooi'í'ok наводорожи-!Время наводоро-'п gg/ ! л со / Г рззц'вания, М_!живания. мин. ! ' ' ! ' ' !

1 7 . 119 ± 19

2 100 15 " 146 ± 10 ' - .

3 25 146 ± 5

4 40 , 33 ± 18 I003Ü8I _5_;_15_4,5 ±2.8 1350±2156

I т 4 - электротехнические стали, изотропного класса 5 - ваннадий ^ "

. Из экспериментальных данных, приведенных в таблице, следует, ; что в электротехнической стали не наблюдается колебаний упругого модуля, что.подтверждает предположение об очень быстрой диффузш; водорода в зернах ("медленный" выход с поверхности и два состояния водорода: на поверхности кристаллита и образца). В ванадии, где время пребывания водорода в зернах увеличивается, наблвдаются осцилляции упругого модуля. Кроме того, наблвдается любопытный эффект: при увеличении времени наводоронивании часть водорода мгновенно выталкивается из образца, что связано, поввдимому с возникновением запирающего слоя.

Таким образом, качественно показано, что метод ультразвукового резонанса позволяет идентифицировать различные состояния водорода в металлах с поликристаллической структурой.

//

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана методика расчета параметров диффузии атомов водорода в металла:: по известны.: константам подбарьерной и надбарьер-ной диффузии мюонов в тех ке металлах. Предложенная методика может быть использована для моделирования констант диффузии атомарного водорода внутри кристаллита независимо от его совершенства, химсостава и т.п.

2. Предложен новый .неизвестный ранее механизм диффузии изотопов водорода - механизм каналирования - объяснязоаий всю совокупность имеющихся экспериментальных данных в келезе. Существование этого эффекта подтверждено экспернменталышми данными зарубежных авторов.

3. На основании расчета потенциала в октаэдрических междоузлиях ГЦК - решетки и граничных условий произведена экстраполяция потенциала взаимодействия мюона и водорода с металлом в тетраэд-р:исскис междоузлия. Выполнен расчет возмолшого числа связанны:: остсклий в этих мездоузлиях для различных нуклэдов водорода. Показано, что, несмотря-на наличие положения устойчивого равновесия в тетраэдряческом мевдоузлки меди, в кем отсутствует связанное состояние мюона.

4. Установлено существование обратного изотопного эффекта для диффузии изотопов водорода в нелезе. Показано, что б железе энергия активации атомов водорода пордцка кТ (Т ~ 250 К).

• Предсказано существование единственного возможного положения устойчивого равновесия для атома водорода в ОЦК -металлах -тетраэдрического междоузлия и невозможность диффузии атомов водорода по направлению ^ 110^ .

о. Разработана феноменологическая теория изменения упругих констант материалов при навсдоро.т.ивании. Предсказано, что в ря-

дс случаев в поликрнсталлическпх образцах должны наблюдаться осцилляции упругого модуля. На основании расчетов предложена •методшса определения кинетических констант, характеризующих дидаузию лтомоп водорода в объеме образца и по" поверхностям образца и зерен.

7.Выполнено экспериментальное исследование наводороженных образцов ванадия и электротехнической стали при различных режимах наводоропивания. Показано, что в ванадии возможен быстрый выход водорода с поверхности образца и наблюдаются осцилляции модуля упругости, а в электротехнической стали осцилляции отсутствуют. Такой результат подтверждает существование механиз-i.:r\ очень быстрой диффузии в электротехнической стали, которая не является ггдргдообразующим металлом с 0ЦК-структурой.

Материалы диссертации опубликованы в работах.

1. Карпов С.Б., Целышчук В.П., Милосердии В.Ю. и др.// Известия АН СССР, серия физическая, 1Э80, т.50,.'? 12, с. 234-S-2348.

2. Карпов С.Б., Колесников A.C., Милосердии В.Ю. и др.

Мюошая дефектоскопия ферромагнитных металлов. '// В кн.* "¡'¿зоны и пионы в вещество", Материалы 2 Международного симпозиума Дубга, 1967, с. 92-95.

3. Карпов С.Б., Милосердии В.Ю., Мищенко А.Ю. Моделирование свойств системы водород-металл

с помощью положительных мюонов // В кн. "Мюоны и пионы в веществе", Материалы 2 Международного симпозиума, Дубна, 1987, с 125 - 129.

4. Карпов С.Б., Милосердии В.Ю., Мищенко А.Ю. Моделирование свойств поведения водорода в металлах с помощью положительных мюонов // В сб. "Вопросы прикладной

ядерной физики" ,с. 47-53, Эпергоатомиздат,М.,1987.'

5. Карпов С. Б., Милосердии В.Ю., Мищенко АД). Моделирование свойств системы водород-металл с помощью положительных мюопов //.В кн. Труды 1У Всесоюзного Совещания "Программа экспершеитов па мозоишй фабрике", с.427-429,Звенигород, 1986.

6. Бабикова Ю.Ф., Карпов С.Б., Милосердии В.Ю. и др. "Исследование квантовых свойств дефектов в ферромагнитных металлах - мезтодом, в кн. Труды У Всесоюзного совещания "Программа экспериментов на мезонной фабрике",с.315. 317, Звенигород,1988.

7. Карпов С.Б., Мельничук В.П..Милосердии В.Ю. и др. Исследование свойств ферромагнитных металлов, содержащих дефекты с помощью положительных тонов,// в кн. "Труды 1У Всесоюзного Совещания " Программа экспериментов на мезонной фабрике", с. 315-318, Звенигород, 1986.8. KuïntînL.J., KuxpovS.ß., flh'ùsetciin V. ffue^-c.

Slni^&itiùrt £>/ hydtoftел feAaViou* ¿л /v&taù ¿y sriéMS

Of Jt-tSfl // JE. Тл-k/incdïoncJ Сол&гспсе o>î /У*/?. JTiiSù /322 Upsct&ij S*/ec/e*, </3S6

9. Карпов С.Б., Милосердии В.Ю., Мищенко A.D.,

Моделирование свойств системы водород-металл-методом, Тезисы I Всесоюзного Совещания по спектроскопии сверхтонких взаимодействий в твердых телах (СТВ -1),]? 63,М.,1985.

Ю.Карпов С.Б., Мельничук В.П.,Милосердии В.Ю. и др. г Исследование структурных дефектов в ферромагнитных металлах jkîR- методом, Тезисы I Всесоюзного совещания по спектроскопии сверхточных взаимодействий в твердых телах (CTB-I)62, à!., 1965.

Рис. I. Репотка (ГЩ) с октапорой (0) и тетрапорой (Т).

& •