ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ И СКОРОСТИ НАГРЕВА НА ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО БЕРИЛЛИЯ В ПАРО-АРГОННОЙ СРЕДЕ МЕТОДОМ ТГА

В настоящей работе исследовано поведение металлического бериллия при высокотемпературной коррозии в условиях термоциклирования в водяной паро-аргонной атмосфере методом термогравиметрического и дифференциального сканирующего калориметрического анализа (TGA/DSC). Эксперименты проводились при трёх скоростях нагрева (10, 20 и 30 K/мин), включающих по два термоцикла (C1 и C2). Окисление оценивалось по приросту массы и тепловым эффектам, а кинетические параметры (Ea, K0) определялись из логарифмических зависимостей Аррениуса с нормировкой на поверхность и парциальное давление водяного пара. Установлены две характерные температурные области – начальной термоактивации (775–1050 K) и высокотемпературная (975–1170 K), а также переходная зона между ними. Для высокотемпературной области получены значения энергии активации Ea = 146 кДж/моль и предэкспоненциального множителя K0 = 2,41·10⁻¹ мг/(с·см²·Па). Полученные результаты углубляют понимание механизмов окисления бериллия при термоциклировании и могут быть использованы для оценки безопасности в термоядерных установках.

1. Nakamichi M. [et. al.]. Beryllium and its Alloys as Neutron Multiplying Materials // Elsevier, 2020. – P. 203– 250.

2. Chandler D. [et. al.]. Nuclear Transmutations in HFIR’s Beryllium Reflector and Their Impact on Reactor Operation and Reflector Disposal // Nuclear Technology, 2012. – Vol. 177, No. 3. – P. 395–412.

3. Federici G. [et. al.]. Beryllium as a Plasma-Facing Material for Near-Term Fusion Devices // Elsevier, 2012. – P. 621–666.

4. Longhurst G. R. [et. al.]. Managing Beryllium in Nuclear Facility Applications // Nuclear Technology, 2011. – Vol. 176, No. 3. – P. 430–441.

5. Kurosaki K. [et. al.]. Neutron Reflector Materials (Be, Hydrides) // Elsevier, 2020. – P. 382–399.

6. Smolik G. [et. al.]. Implications of Beryllium: Steam Interactions in Fusion Reactors // Journal of Nuclear Materials, 1992. – P. 153–157.

7. Gulbransen E. A. [et. al.]. The kinetics of the reactions of beryllium with oxygen and nitrogen and the effect of oxide and nitride films on its vapor pressure // Journal of the Electrochemical Society, 1950. – Vol. 11, No. 97. – P. 383–395.

8. Jepson W B. [et. al.]. The high temperature oxidation of beryllium and the fate of beryllium carbide inclusions // Journal of Nuclear Materials, 1963. – Vol. 2, No. 10. – P. 127–133.

9. Zalkind S. [et. al.]. The initial interactions of beryllium with Oz and H20 vapor at elevated temperatures // Surface Science, 2007. – Vol. 5, No. 601. – P. 1326–1332.

10. Papirov I.I. [et. al.] Recrystallization of beryllium // Bulletin of Kharkiv National University. Ser. Physics, 2010. – Vol. 808, Issue 2. –P. 11–24.

11. Davydov D.A. [et. al.] Formation and degradation of oxide films on beryllium // Problems of Atomic Science and Technology. Series Thermonuclear Fusion, 2010. – Vol. 33, Issue 2. – P. 39–49.

12. Akhanov A. [et. al.] Study of corrosion resistance of metal beryllium during thermocycling in vapour-argon conditions // Recent Contributions to Physics, 2024. – Vol. 90(3). – P. 57–63.

13. Schneider C. A. [et. al.]. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis // Nature Methods, 2012. – Vol. 9, No. 7. – P. 671–675.

14. Kulsartov T. [et al.]. Comparative analysis of hightemperature corrosion processes of beryllides of different compositions // Fusion Engineering and Design, 2025. – Vol. 219. – P. 115283.