Способ определения коэффициентадиффузии -активных газов b твердыхматериалах

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИИзобретение относится к метрологии диффузионных параметров.Известен способ определения диффузионных параметров газов в твердых материалах, основанный на измерении электросопротивления насыщенного газом образца 1.Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффициента диффузии, заключающийся в том, что газовую среду приводят в контакт с исследуемым листовым материалом и фиксируют количество газа, прошедшее через материал за определенные промежутки времени. По полученным данным строят график зависимости количества газа, прошедшего через материал, от времени, с помощью которого по известным формулам рассчитывают коэффициент диффузии и проницаемости 12. Способ достаточно прост, но требует значительной затраты времени для определения коэффициента диффузии,В отношении р-активных газов появляется возможность снизить затраты времени для определения коэффициента диффузии путем регистрации ф-излучения, которое выходит за пределы материала раньше диффундирующего газа. Однако в случае 2у-активных газов с мягким излучением такой эффект незначителен, так как пробег ,р-частиц в материале очень мал, и они поглощаются вблизи места образования.Цель изобретения - сокращение времени определения коэффициента диффузии ф -активных газов в твердых материалах.Это достигается тем, что в качестве величины, по которой судят о коэффициенте диффузии, служит изменение интенсивности-излучения, возникающего в процессе о торможения Я-частиц диффундирующего газа в твердом материале. Регистрация интенсивности-излучения обеспечивает сокращение времени, необходимогго для определения коэффициента диффузии, так как проникающая способность у -излучения зна чительно выше проникающей способностиР-излучения и самого газа.Предлагаемый способ касается Р-активных газов и будет особенно эффективен при определении коэффициентов диффузии газов в малопроницаемых твердых телах, например трития в металлах.По предлагаемому способу исследуемыйтвердый материал, например тонкую металлическую плоскую мембрану, приводят с однойстороны в контакт с /1-активным газом - тритием. Он диффундирует в металл. Распре "деление"трития в металле в различные момейты ЬреЪлени" дог выхода его с противоположной стороны мембраны определяется известной формулой.х/211 ИС(х, 1) = Со (1- Деф дуУЮогде С (х, 1) - концентрация трития внутриметалла на расстоянии от поповерхности контакта в момент времени 1;Со , - концентрация трития в металле на поверхности контакта,равновесная с концентрациейгазообразного трития;Р - коэффициент диффузии трития в металле;Графически такое распределение представлено на чертеже.В момент времени т 1 - 12. кривая распределения трития (Т) в металле (Ме)- - С (х, 1) достигает плоскости х = х, в момент времени 1 - плоскости х = х 2. Скорость продвижения фронта распределения,а вернее точки, где С (х, 1) = О, зависит откоэффициента диффузии трития в металле,В процессе диффузии трития происходит егораспад, /3-частицы трития тормозятся вметалле с образованием вторичного тормозного электромагнитного излучения. Проникающая способность этого излучения значительно выше проникающей способности,В-излученияи самого трития, поэтому оновыйдет за пределы мембраны (со стороны,обратной контактной) раньше, чем р-излучение трития, и блатодаря этому тритий.За пределами металла это электромагнитное="излучение" легко-регистрируется с помощью"например, торцового счетчика и пересчетного устройства.Интенсивность при этом будет. определяться" количеством трития, находящегося вметалле за плоскостью х = 1 -(заштрихованный участок на чертеже под кривойС (х, 1), а именно:х "(е-еа) -н ЕНСЕ-й)ЛХ(х, 1) =Х кБС (у, 1) Й Ду,е-е,где р - линейный коэффициент ослаблениятормозного электромагнитного излучения;Ц - расстояние в- исследуемом металле,практически полностью поглощаю" щее"=тормозйооЪ эЛекТройТтйтноеизлучение, легко и быстроопределяемое путем постановки наборатонких пластин металла между ис-точником излучения и счетчиком(до или после опыта по диффузии)г, - толщина исследуемого металлического образца (мембрана);4Я - рабочая поверхность исследуемогометаллического образца;К - коэффициент пропорциональности,учитывающий эффективность преобразования ф-излучения в тормозное электромагнитное излучение, эффектйвность регистраций и другие факторы.Измерив несколько раз через определен" ные промежутки времени интенсивность заобразцом, получают график И=Я(1), по кото О рому ппутем обратного графического экстра попйрования находят точку пересечения зависимости 1 ФМф) с осью времени 10, т.е.определяют момент времени, когда фронт"распределения трития внутри металла достигает плоскости х = - Ь15При этом и,фбюС(1-Ь) =С,(1-Х Р 1 у) =Ое.е.щи,МИнтеграл в последнем равенстве табулирован в зависимости от верхнего предела интегрирования. По известному верхнему пределу Х = 1- 1/201 вычисляют (при известных 1, 1 о и 1) коэффициент диффузии трития в металле Р. 26 25 Сниженйе"затрат времени для определения коэффициента диффузии по предлагае мому способу достигается следующим образом. Для определения коэффициента диффузии по прототипу и предлагаемому способу прежде всего необходимо "зарегистри" "рбвать определенное количество трития. Попрототипу для этого необходимо время, за которое тритий пребдолевает-вметалле расстояние(толщина мембраны), выходит из образца инакапливается в количестве, нужном для построения графикаи определения"времеии задержки, по последнему вычисляют Р. По предлагаемому способу для этого 40,необходимо" время; за которое тпитии пре" одолевает в металле расстояние-и накапливается в металле за плоскостью Х = = 1-1 о в количестве, нужном для построения графика и определения (. По последне му также вычисляется .Р. Следовательно,по предлагаемому способу необходимо время, за которое тритий преодолевает в металле расстояние 1-- х (Поэтому время, необходимое для регистрации трития по предлагаемому способу, а следовательно, и для определения коэффициента диффузии три" тия в исследуемом материале, меньше времени по прототипу. Кроме того; в эксперимен-те нетрудно создать условия, когда -(Ь 2Это дает возможноств дополнительно значительно" сократить затраты времени на определение Р по сравнению с прототипом, так как время, необходимое для диффузии три7028365тия на расстояние 1- 1 о, будет намного меньше времени диффузии трития на расстояние 1 н Формула изобретения Способ определения коэффициента диффузии р-активных газов в твердых материалах, включающий приведение в контакт газа и твердого материала и определение временной зависимости величины, по которой судят об искомом параметре, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения, в качестве величины, временую зависимость которой определяют, слу.- жит изменение интенсивности -излучения, возникающего в процессе торможениями-частиц диффундирующего газа в т 1 ердом материале. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР305391, кл. б 01 .Я 13/00, 1969.10 2. Бзррер Р, М. Диффузия в твердыхтелах. Л., 1948, с. 16 (прототип).ыдка Редактор Т. Колодцева Заказ 1405/48 ВНИИПпо113035, Мнлиал ППП Составител. Техред А. БойкасТираж 90 гГосударственного коелам изобретений нсква, Ж - 35, РаушскПатент, г. Ужгород,Корректор Подписное итета СССР ткрытий я на 6., д. 4/5 ул Проектная