Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM´22 Junior

Содержание 
1
РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР –  
ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ 
Сборник докладов 15-й Международной школы молодых ученых  
и специалистов им. А. А. Курдюмова 
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА 
С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ. 
IHISM´22 JUNIOR  
Окуловка, 03–09 июля 2022 г. 
Под редакцией доктора технических наук А. А. Юхимчука 
Саров 
2023 

В40 
УДК 564.11 
ББК 24.121 
В40 
DOI: 10.53403/9785951505378 
 
 
Составители: 
А. А. Юхимчук, А. В. Бучирин, А. В. Ялышева 
 
 
Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM´22 Junior : сб. докладов 15-й Международной школы 
молодых ученых и специалистов им. А. А. Курдюмова / Под ред.  
д-ра техн. наук А. А. Юхимчука. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 
2023. – 330 с., ил. 
 
ISBN 978-5-9515-0537-8 
 
Сборник содержит доклады и лекции, представленные на 15-ю Международную школу молодых ученых и специалистов им. А. А. Курдюмова «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM´22 Junior».  
Материалы представлены по следующим темам: кинетика и термодинамика взаимодействия водорода с твердыми телами, включая эффекты радиогенного гелия; механические свойства и структурные превращения конструкционных материалов в среде водорода; гидриды  
и гидридные превращения; аппаратура и методы исследования. 
Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов технических вузов и техникумов, изучающих влияние водорода и его изотопов 
на свойства конструкционных материалов. 
 
УДК 564.11 
ББК 24.121 
 
 
Редколлегия с большой благодарностью отмечает к.т.н. И. А. Алексеева, к.ф.-м.н. 
С. С. Ананьева, профессора, д.ф.-м.н. Л. Б. Беграмбекова, к.ф.-м.н. А. Н. Букина, профессора, д.х.н. В. Н. Вербецкого, А. С. Гнутова, А. Г. Голубинского, к.ф.-м.н. А. Н. Голубкова, к.ф.-м.н. Е. А. Денисова, профессора, д.ф.-м.н. Ю. В. Заику, Н. Т. Казаковского, 
к.т.н. В. Г. Клевцова, В. Ю. Королева, И. Л. Малкова, к.ф.-м.н. Р. К. Мусяева, д.т.н.  
И. Л. Растунову, профессора, д.х.н. М. Б. Розенкевича, к.ф.-м.н. А. А. Селезенева,  
к.ф.-м.н. В. Ф. Склярова, А. В. Стеньгача, профессора, д.т.н. А. Н. Чуканова, д.т.н.  
А. А. Юхимчука, взявших на себя нелегкий труд рецензирования представленных материалов. 
 
 
ISBN 978-5-9515-0537-8                                  © ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2023 

Содержание 
3
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА  
С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ. IHISM´22 Junior 
 
Окуловка, 03–09 июля 2022 г. 
 
 
Организаторы 
 
ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ 
«РОСАТОМ» 
 
ФГУП «РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР –
ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ» 
 
НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»  
 
НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» – ПИЯФ 
 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ФИЗИКИ И МАТЕМАТИКИ – НЦФМ 
   
   
 
  
   
 
 
 
Международный программный комитет 
 
Сопредседатели: 
Илькаев Р. И. – почетный научный руководитель РФЯЦ-ВНИИЭФ, академик РАН 
Ковальчук М. В. – президент НИЦ «Курчатовский институт» 
Заместители сопредседателей: 
Воронин В. В. – д.ф.-м.н., НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, Россия 
Хвостенко П. П. – д.т.н., НИЦ «Курчатовский институт», Россия 
Юхимчук А. А. – д.т.н., ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», Россия 
 
Члены комитета: 
Алексеев И. А. – к.т.н., НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, Россия 
Беграмбеков Л. Б. – проф., НИЯУ МИФИ, Россия 
Вербецкий В. Н. – проф., МГУ, Россия 
Денисов Е. А. – к.ф.-м.н., доцент СПбГУ, Россия 
Заика Ю. В. – д.ф.-м.н., «КарНЦ РАН», Россия 
Калин Б. А. – проф., НИЯУ МИФИ, Россия 
Кутеев Б. В. – д.ф.-м.н., НИЦ «Курчатовский институт», Россия 
Лифшиц А. И. – проф., СПбГУТ, Россия 
Магомедбеков Э. П. – к.х.н., РХТУ, Россия 

Нецкина О. В. – к.х.н., ИК СО РАН, Россия 
Писарев А. А. – проф., НИЯУ МИФИ, Россия 
Постников А. Ю. – к.т.н., ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», Россия 
Тажибаева И. Л. – проф., ИАЭ НЯЦ РК, Казахстан 
Хапов А. С. – к.т.н., ВНИИА им. Н. Л. Духова, Россия 
Секретарь: 
Голубева А. В. – к.ф.-м.н., НИЦ «Курчатовский институт», Россия 
Тел. +7 499 196 7100 (#6117), e-mail: Golubeva_AV@nrcki.ru 
 
Организационный комитет 
 
Сопредседатели: 
Камболов М. А. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Горчаков С. Е. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Москалев О. А. – ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
 
Заместители сопредседателей: 
Алексеев И. А., – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Бондаренко С. Д. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Максимкин И. П. – ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
Спицын А. В. – НИЦ «Курчатовский институт» 
 
Члены комитета: 
Ананьев С. С. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Анфимова Т. А. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Береснёв А. А. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Биниенко К. А. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Бучирин А. В. – ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
Бобырь Н. П. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Калоева Е. В. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Кузнецов В. П. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Новосельцев Д. С. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Петрова Н. Ю. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Русяева К. А. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Поляков М. С. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Сенягина М. Н. – ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
Титорчук И. Г. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Феоктистова И. С. – ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
Чубова Н. М. – НИЦ «Курчатовский институт» 
Шека С. А. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Юхимчук А. А. – ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
 
Секретарь: 
Абрамец В. В. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Тел. 8 (81371) 4-68-17, e-mail: abramets_vv@pnpi.nrcki.ru 
Калоева Е. В. – НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ 
Тел. 8 (81371) 3-20-39, e-mail: kaloeva_ev@pnpi.nrcki.ru 
 

Предисловие 
В 2022 году в Новгородской области, Окуловском районе, с/п Березовикское, д. Забродье на территории б/о «Аленушка» проведена 15-я Международная школа по тематике «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM´22 Junior». Следует отметить, что решение  
о проведении Международной школы было принято в 2004 году в г. Саров  
в ходе  Международного семинара с одноименным названием. Первые международные школы IHISM Junior были проведены в 2005 и 2006 годах на базе 
учебного центра «Урозеро» Карельского государственного университета под 
г. Петрозаводск (председатель локального организационного комитета профессор Ю. В. Заика) и стали очень популярны в среде молодых ученых, занимающихся водородной тематикой. С 2008 года Школа носит имя великого 
ученого и организатора, профессора Санкт-Петербургского государственного 
университета А. А. Курдюмова, стоявшего у истоков ее организации. Фиксированного места проведения Школы не существует – ее организаторами сразу 
же был выбран передвижной стиль проведения. За это время Школа проводилась: в Петрозаводске (2005, 2006 и 2016 гг.), Санкт-Петербурге (2007 г.), на 
теплоходе «Георгий Жуков» (2008 и 2012 гг.), в Сарове (2009, 2014 и 2019 гг.), 
Воронеже (2010 г.), Звенигороде (2011 г.), Москве (2015 г.), Протвино 
(2017 г.) и Гатчине (2021 г.). 
На 15-й Международной школе «Взаимодействие изотопов водорода  
с конструкционными материалами. IHISM´22 Junior» были представлены общеобразовательные и специальные лекции ведущих специалистов, а также доклады молодых ученых по широкому кругу вопросов, связанных с тематикой 
Школы. Часть этих лекций и докладов публикуется в настоящем сборнике. 
Оргкомитет благодарит за помощь в организации конференции и спонсорскую поддержку ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» и Госкорпорацию «Росатом», 
Национальный центр физики и математики (НЦФМ), НИЦ «Курчатовский 
институт», Санкт-Петербургский институт ядерной физики (НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ) за активное участие в организации Школы. 
 
Оргкомитет 

 
С Юбилеем! 85 лет 
 
Беловодский Лев Федорович 
 
Лауреат премии Правительства РФ,  
профессор, доктор технических наук,  
главный научный сотрудник 
 
Родился 1 января 1938 г. в ст. Митрофановка Михайловского р-на Воронежской обл.  
В 1957 г. окончил горный техникум в Ростовена-Дону по специальности «Шахтное строительство». С 1957 по 1960 гг. служил в рядах Советской армии, капитан запаса. В 1969 г. окончил 
МИФИ по специальности «инженер-физик по автоматике и электронике». Молодым специалистом 
пришел на работу во ВНИИЭФ (г. Арзамас-16), где 
до 2011 г. прошел путь от дозиметриста до заместителя начальника отделения КБ-1 по НИОКР.  
Лев Федорович – доктор технических наук, профессор, лауреат премии 
Правительства РФ в области науки и техники, академик Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы, академик Нью-Йоркской 
академии наук, автор и соавтор более 400 публикаций и десятка изобретений.  
Лев Федорович является создателем научных основ обеспечения безопасности работы с тритием в Российской Федерации. Под его руководством 
разработана принципиально новая, эффективная система очистки газов от 
трития, с внедрением которой радиоактивные выбросы специальных тритиевых производств в атмосферу были снижены в сотни раз. Особую известность 
Л. Ф. Беловодскому принесла монография «Тритий», которая сконцентрировала в себе полный спектр вопросов, связанных с использованием трития  
в различных областях науки и техники. 
В качестве заместителя главного инженера по радиационной безопасности ВУС-605 Лев Федорович принимал активное участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской атомной станции. 
Лев Федорович стоял у истоков становления Международной конференции, а затем и Школы для молодых ученых и специалистов «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM». Он принимает активное участие в работе и конференции, и Школы. Под его руководством защищено 13 диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук, апробация работ которых проводилась в том числе на конференциях и школах IHISM. Он и в настоящее время уделяет большое внимание 
подготовке специалистов высшей квалификации. Область сегодняшних научных интересов Льва Федоровича – анализ рисков ядерных и радиационных 
аварий, путей их предупреждения и ликвидации последствий; выработка критериев безопасности термоядерных энергетических установок. 
Поздравляем Льва Федоровича с 85-летием! Желаем крепкого здоровья, 
творческих успехов, счастья, благополучия и долгих лет жизни. 
 
Оргкомитет 

Приветственная речь 
 почетного научного руководителя  
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», академика РАН  
Р. И. Илькаева 
 
Уважаемые коллеги! 
 
Я рад приветствовать вас на традиционной Школе молодых ученых  
и специалистов, посвященной самой актуальной проблематике нашего времени – исследованиям, связанным с изотопами водорода. Как известно, изотопы 
водорода – это основа энергетики будущего, как термоядерной, так и чисто 
водородной. Я уже не говорю об оборонной составляющей: без трития, тритиевых технологий нельзя представить ни одну суверенную ядерную державу 
современности. 
Хочу отметить, что в прошлом году было принято очень важное решение по созданию филиала МГУ в г. Саров и организации Национального центра физики и математики (НЦФМ). Одной из задач НЦФМ является проведение фундаментальных и прорывных прикладных исследований, которые способны обеспечить технологическое развитие нашей страны на годы и годы 
вперед. Важное место в структуре НЦФМ занимает блок, связанный с изотопами водорода, в рамках которого планируется проведение исследований по 
широкому спектру вопросов, начиная от создания мощного тритиевого источника нейтрино и изучению свойств этой частицы и заканчивая созданием 
Национального центра тритиевых технологий, который объединит в себе все 
существующие компетенции по работе с тритием. Надеюсь, что настоящая 
Школа внесет весомый вклад в творческое осмысление и обсуждение тех 
идей, которые лежат в основе научной программы НЦФМ. 
Я хочу пожелать вам больших успехов в настоящих и будущих исследованиях. Мы ждем от вас отличных результатов, которые лягут в основу понимания тех вопросов, которые все еще стоят перед современной наукой. 
Удачи вам, дорогие друзья! 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
CЕКЦИЯ 1 
 
КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА 
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗОТОПОВ 
ВОДОРОДА С ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ, 
ВКЛЮЧАЯ ЭФФЕКТЫ  
РАДИОГЕННОГО ГЕЛИЯ 
 
 

Секция 1 
10

УДК:538.931
DOI:10.53403/9785951505378_2023_10
 
Рецир³Àляцияизотоповводорода
сверхпроницаемымимембранами
втермоядерныхÀстанов³ах:мембраны
изванадиево’осплаваспониженной
растворимостьюводорода

В.Н.Алимов,А.О.БÀсню³,С.Р.КÀзенов,
Е.Ю.Передистов,А.И.Лившиц
 
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций  
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербург 
euperedistov@yandex.ru 
 
Для исследования явления сверхпроницаемости металлических 
мембран по отношению к надтепловым водородным частицам создана 
плазменно-мембранная установка СУПМЕМ-1. С помощью СУПМЕМ-1 
исследован перенос водорода через мембрану из сплава V-6,5Pd при ее 
взаимодействии с молекулами Н2, атомами Н, полученными путем термической диссоциации молекул Н2 на накаленной металлической поверхности, и надтепловыми водородными частицами холодной водородной 
плазмы. Мембрана продемонстрировала сверхпроницаемость при взаимодействии с тепловыми атомами Н. При взаимодействии с холодной 
водородной плазмой сверхроницаемость наблюдалась, когда мембрана 
находилась под плавающим потенциалом. При отрицательном электрическом смещении мембранного образца наблюдалось падение потока, 
проникающего сквозь мембрану из водородной плазмы, обусловленное 
химическим и физическим ионным распылением. In situ декарбонизация 
мембранного образца в кислороде при температуре ≈1500 С с последующим растворением кислорода в объеме мембраны сделали ее устойчивой к ионному распылению и, соответственно, сверхпроницаемой во 
всем исследованном диапазоне смещений относительно плазмы. 
1. Введение 
1.1. Что такое сверхпроницаемые мембраны (СПМ)? 
 
Металлические мембраны макроскопической толщины могут быть 
сверхпроницаемыми для водородных частиц, если их энергия (кинетическая, 
химическая или внутренняя) превышает 1 эВ [1]. Это означает, что практически вся та часть падающего потока надтепловых водородных частиц, которая 
не претерпевает кинетического отражения от поверхности, проходит сквозь 

Кинетика и термодинамика взаимодействия… 
11
мембрану независимо от ее толщины и температуры. В случае атомов водорода с тепловыми скоростями (они по сравнению с молекулами имеют избыточную химическую энергию 2,25 эВ) эта часть составляет ~20 % [2, 3],  
а в случае более энергетичных водородных частиц (например, ускоренных 
ионов) эта доля близка к единице [3, 4]. Таким образом, проницаемость металлической мембраны приближается к пределу – проницаемости отверстия  
в тонкой стенке той же площади. 
СПМ практически непроницаемы для любых других газов, включая He, 
а также для обычных тепловых молекул водорода (H2, D2, T2). 
СПМ способны автоматически сжимать проникающий водород на порядки величины. 
Важным преимуществом СПМ является ее полная совместимость с тритием (отсутствие движущихся частей, требующих смазки, отсутствие органических жидкостей и т. п.). Работа СПМ с тритием проверялась экспериментально специально для демонстрации возможности применения таких мембранных технологий в ТЯР [5, 6]. 
 
1.2. Возможное применение СПМ в термоядерных устройствах 
 
Сверхпроницаемые мембраны (СПМ) имеют ряд преимуществ для их 
применения в термоядерных устройствах. Это: 1) максимально возможная 
скорость откачки надтеплового водорода с возможностью работы при плотности потока до ~1019 см–2с–1; 2) работа в стационарном режиме; 3) 100 %-ная 
селективность проникновения водорода (включая тритий) по отношению ко 
всем другим газам, включая He; 4) автоматическое сжатие проникающего водорода на порядки величины; 5) малое накопление водорода (трития); 6) отсутствие каких-либо движущихся частей; 7) способность работать в широком 
диапазоне температур (от 20 до ~1000 C); 8) возможность работы в сильном 
магнитном поле. Пункты 1–3, 5, 6 кажутся особенно важными для работы  
с тритием. 
Откачка энергетичных водородных частиц (нейтралов) с помощью СПМ 
непосредственно в области рабочей и диверторной плазмы может быть применена для управления потоками частиц (particle control) и, соответственно, 
режимами работы термоядерной установки [7, 8].  
Другое направление применений СПМ – откачка, компрессия и отделение D/T смеси от He в топливном цикле ТЯР. Здесь СПМ открывают возможность короткоциклового (т. е. непосредственно за дивертором) отделения D/T 
смеси от He и ее автоматического возвращения обратно в рабочую плазму, 
минуя тритиевый завод [4, 9–14]. Такая схема, известная также как «прямой 
внутренний рециклинг» (direct internal recycling, DIR) [13, 14], предлагалась 
для ИТЭР [9–12] в качестве альтернативы варианту рециклинга D/T с помощью криогенной откачки, который был предпочтен и реализуется в настоящее 
время. Однако для постИТЭРовских ТЯР, в которых планируемый расход трития существенно выше, чисто криогенное решение едва ли возможно из-за 
неприемлемого накопления трития [13, 14]. Поэтому предлагается большую 
часть D/T смеси отделять от He и рециркулировать с помощью СПМ, расположенной непосредственно за дивертором [9–14].