積層金属膜中の水素透過

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452259
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 林 安徳 九州大学, 工学部, 教授 (80010940)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 英之 九州大学, 工学部, 助手 (00235061) ; 増田 正孝 九州大学, 工学部, 助教授 (40165725)
• Keywords: 水素透過 / 拡散 / 積層膜 / イオン誘起透過

Research Abstract

金属-水素系の一つの応用問題として金属の水素透過膜の作製がある。水素透過膜については、従来の水素の鈍化という応用に加えて、真空装置の水素リークによる真空劣化を回復させる水素排気窓という応用も考えられている。本研究においては、膜を多層化するとともにイオン駆動による透過により、水素を効率的に排気する方法を考案することを目的とした。
普通の透過膜では、真空装置内の水素分圧が外の水素分圧より高い場合には排気窓となるが、逆の場合は水素のリークの窓となる。そこで水素透過の障害となる層を膜に付与する必要がある。そして排気を必要とする場合は何らかの駆動によりその障壁を越えて透過させなければならない。
積層構造を持つ膜での水素の分配と拡散の挙動を明らかにするためには、積層膜中をガス圧差で透過する水素の挙動を解析することが有効である。積層する金属それぞれの水素固溶度、各金属内での水素の拡散係数が与えられれば、膜内での流れ一定という条件で解析したものは実験結果をよく説明できることが分かった。
イオン照射により一定の厚さの表面層を通過させた非平衡量の水素の透過過程については、入射イオンの飛程位置から前後への拡散と両方の表面での放出反応を考慮する必要がある。その各過程の速度を考え、律速過程がどの段階にあるかにより定常透過流が入射イオン流のどのような関数として表わされるかを解析した。
鉄の表面に銅を被覆してイオン照射側に使用すると、逆流が小さくなり、透過水素流を大きくすることができる。
拡散膜と透過阻止膜の構成を適当に選ぶことにより高効率で水素を排気できるイオン駆動排気窓を設計できることが分かった。

Research Products

• [Publications] Y.Hayashi,A.Tahara,M.Ishibashi: "Ion Driven Permeation of Hydrogen through Iron and Determination of the Diffusion Coefficient" Hydrogen Effect on Material Behavior. 11-17 (1990)
• [Publications] W.M.Shu,Y.Hayashi,A.Tahara: "Hydrogen Permeation and Diffusion in Fe-Ti Alloys" J.Less-Common Metals. 173. 740-747 (1991)
• [Publications] W.M.Shu,K.Okuno,Y.Hayashi,S.Ohira,Y.Naruse: "Implantation Driven Permeation of Deuterium through Pure Molybdenum" Fusion Technology. 21. 1934-1938 (1992)
• [Publications] W.M.Shu,K.Okuno,Y.Hayashi,Y.Naruse: "Permeation of Deuterium Implanted into Pure Iron" J.Nuclear Materials. (1993)
• [Publications] W.M.Shu,K.Okuno,Y.Hayashi: "A General Model for Ion-Driven Permeation at Steady StateーNew Transport Parametersー" J.Physical Chemistry. (1993)
• [Publications] W.M.Shu,Y.Hayashi,K.Okuno: "Ion-Driven Permeation of Deuterium in Fe-Ti Alloys" J.Alloys and Compounds. (1993)