Способ определения коэффициентадиффузии -АКТиВНыХ гАзОВ B ТВЕРдыХМАТЕРиАлАХ Советский патент 1981 года по МПК G01N13/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ /АКТИВНЫХ ГАЗОВ В ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ

I

Изобретение 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, прощедщее через материал за определенные промежутки времени. По полученным данным строят график зависимости количества газа, пройиедшего Через материал, от времени, с помощью которого по известным формулам рассчитывают коэффициент диффузии и проницаемости 2. Способ достаточно прост, но требует значительной затраты времени для определения коэффициента диффузии.

В отношении J5-aктивныx газов появляется возможность снизить затраты времени для определения коэффициента диффузии путем регистрации Дтизлучения, которое выходит за пределы материала раньще диффундирующего газа. Однако в случае

j8-активных газов с мягким излучением такой эффект незначителен, так как пробег -частиц в материале очень мал, и они поглощаются вблизи места образования.

Цель изобретения - сокращение времени определения коэффициента диффузии /S-активных газов в твердых иатериалах.

Это достигается тем, что в качестве величины, по которой судят о коэффициенте диффузии, служит изменение интенсивности -излучения, возникающего в процессе торможения /-частиц диффундирующего газа в твердом материале. Регистрация интенсивности у -излучения обеспечивает сокращение времени, необходимогго для определения коэффициента диффузии, так как проникающая способность у -излучения значительно выше проникающей способности j8-излучения и самого газа.

Предлагаемый способ касается у5-активных газов и будет особенно эффективен при определении коэффициентов диффузии газов в малопроницаемых твердых телах, например трития в металлах-.

По предлагаемому способу исследуемый твердый материал, например тонкую металлическую плоскую мембрану, приводят с одной cfopOHbi в контакт с Д-активным газом - три,--.. .-i- . ,1. . .-ч. . . ..-..,. . ..... . , ,. ,,Г тием. Он диффундирует в металл. Распре д лёнйетрития в металле в различные мо дайт рШГнИ До выхода его с противоположной стороны мембраны определяется известной формулой. C(x,t) Co(l-|j; ) ... где С (х, t) - концентрация трития внутри металла на расстоянии от поповерхности контактГ в МОмент времени t; -концентрация тритид в металле на поверхности контакта, равновесная с концентрацией газообразного трития; -коэффициент диффузии три тия Б металле. . Графическитакое распределение представлено на чертеже. В момент времени t-i ij. кривая распределения трития (Т) в металле (Me) - С (х, t) достигает плоскости х х«, в момент времени tz.- плоскости х хг. Скорость продвижениЯ фронта распределения. -- ,, - „ а вернее точки, где С (х, t) О, зависит от коэффициента диффузии трития в металле. В процессе диффузии трития происходит его распад. )5-частицы трития тормозятся в металле с образованием вторичного тормозного электромагнитного излучения. Проникающая способности этого излучения значительно выше проникающей способности Д-излученйУ и Самого трития, поэтому оно выйдет за пределы мембраны (со стороны, обратной контактной) раньше, чем jЗ-излy-. чение трития, и благодаря этому тритий. За пределами металла это электромагнитное -йЗлучение; легко регистрируется с помощью Например, торцового счетчика и пересчетного устройства.Интенсивность при этом будет определяться количеством трития, находящегося в металле за плоскостью х Е- (заштрихованный участок на чертеже под кривой С (х, t),aHMeHHo: -;:- ,.,.-...,.-...,.,. х-(е-.)J N(x, t) J кЗС (у, t) Idy, C-LO. . . . ,. .;, гдeJu - линейный коэффициент ослабления тормозного электромагнитного излучения;{) -- расстояние в исследуемом металле, практически полностью поглощаю s i w«ifuiur:iMb A- « -ЩёT fбpШSШi sЛёWpШШ ttitнbe излучение, легко и быстро определяемое путем постановки набора тонких пластин металла между источником излучения и счетчиком (до или после опыта цо диффузии); t - толщина исследуемого металлического образца (мембрана);

762836 S - рабочая поверхность исследуемого металлического образца; К - коэффициент пропорциональности, учитывающий эффективность преобразования JJ-излучения в тормозное электромагнитное излучение, эффективность регистрации и другие факторы. Измерив несколы о раз через определенные проме:Жутки времени интенсивность за образцом, получают график (t), по котоРОму ппутбм o6pa:j;Horo графического экстраTf b POBaHHff i точку пересечения заЕИСИМОСТИ №N(t) с осью времени to, т.е. определяют момент времени, когда фронт раСпределенйя трития внутри металла достигает плоскости X -t-b При этом t-eoA C(E-fQ,to) Co(l- f dy) 0 t-tofe(D г 1-2. f еч j.. - - dyИнтеграл в последнем равенстве табулирован в зависимости от верхнего пределаинтегрирования. По Известному верхнему пред вычисляют (при извест„ х , Ь и tol коэффициент диффузии три g металле D. Снижение затрат времени для определения коэфф диента диффузии по предлагаемому способу достигается следующим образом. Для определения коэффициента диффузии по прототипу и предлагаемому способу прежде всего необходимо зарегистри-ровать Опрежленное количество трития. По прототипу для этого необходимо время, за которое прёбДОЛевает в металЛё расстояние t (толщина мембраны), выходит из образца инакапливается в количестве, нужном для построения графика и определения врё№еНи заДе ржки, по последнему вычисляют D. По йрёМатаемому способу для этого необходимо время; за которое тритий преОДОЛевает вметалле расстояние i-tn к накапливается в металле за плоскостью X I - lo в количестве, нужном для построения графика и определения to- По последнему также вычисляется .D. Следовательно, по предлагаемому способу необходимо время, за котороетритий преодолевает в металле расстояние ь- tt х Е. Поэтому время, необходимое для регистрации трития по предлагаемому способу; а следовательно, и для определения коэффициента диффузии тритйя в исследуемом материале, меньше времени по прототипу. Кроме того; в эксперименте Нетрудно создать условия, когда t-Ь К) Е Это Дает1Гозможность дополнительно значительносократить затраты времени на определение D по сравнению с прототипом, так как время, необходимое для диффузии трития на расстояние t- Ь, будет намного меньше времени диффузии трития на расстояние 1

Формула изобретения

Способ определения коэффициента диффузии /-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 време702836

ни определения, в качестве величины, временную зависимость которой определяют, служит изменение интенсивности j-излучения, возникающего в процессе торможения -частиц диффундирующего газа в Т1:ердом материале.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Бэррер Р. М. Диффузия в твердых телах. Л., 1948, с. 16 (прототип).