873 K 773 K
L=O.13mm (0) Ni
10
5
的
令
。9
co-cov
process Hz
surface a nd ø c.
Frequency dependence of the ø 5 is decomposed into ø e
-28-F i g 2-9
2. 6. 結論
ニ ッケル中の水素透過における表面効果を考察するため， 水素透過の 周期的圧力変動に対する応答を振動条件のもとで解析した. この周期的 圧力変動法では， 水素透過の周期的圧力変動に対する応答の振動数依存
性から金属中の水素拡散過程と表面過程が合理的に分離でき， さらに，
金属表面の反応過程の速度論的情報が求められる. 第一近似として， 放 出側表面の寄与を無視して侵入側表面での反応過程について表面効果を 考察した. 表面効果による位相の遅れの振動数依存性は ニ ッケル試料 の侵入側表面での水素の吸収 ・ 溶解についての速度式を考察することよ
り説明することが出来る.
円叫dnJ白
第3章 周期的圧力変動法によるニ ッ ケル中の水素同位体透過の測定
3. 1. 目的
金属中の水素の透過は， これま で述べてきたように試料の一方の表面 での水素の吸収と， 内部での固溶水素の拡散， そして他の表面からの放 出という3つの過程を経て起こる. これらの過程を分離して個々の過程 を考察することは一般には困難である. 透過特性から金属中の水素の拡 散係数を求めるステ y プ法， あるいはTime-lag法と呼ばれる方法では，
厚い試料を用いて， 拡散支配という条件のもとで， 合理的な水素の拡散 係数を求めている. 内部での拡散に比べ表面での過程が無視できるとい う仮定に基づいており， その意味では表面効果に対する情報を積極的に 得ょうとする方法ではない. しかしなが ら第2章で述べたように， 周期 的圧力変動による透過法を用いると， 透過の過程を拡散過程と表面過程 (水素侵入側と放出側の反応過程〉に分離できた. そして 表面過程の
影響を受けない拡散係数が決定できると同時に， 表面過程に対する若干 の速度論的 考察も可能となった.
さて， ニ ッ ケル中の水素同位体の拡散挙動の研究は多くの研究者らに よってなされてきた . 例えば， 比較的高い温度域では ， K a t zら(53l，
Eichenauerら{54) ， E b i s u z a k iら( 5 5 )によって研究がなされており，
また室温付近以下ではYamakawaはいによる研究結果が報告されている.
それらの報告によると， ニ yケル中の水素同位体の拡散に関し， そ の活 性化エネルギー及び前指数項のどちらの項にも同位元素効果が現れる.
本章では， 前章で 用いた周期的圧力変動を利用する透過法により， ニ ッ ケル中の水素 ・ 重水素の透過特性を測定して ニ ッ ケル中の水素同位体
の拡散挙動を調べるとともに表面効果に対する同位元素効果を検討した .
-30-3. 2. 試料および実験方法
3. 2. 1. 試料
市販の純ニ ッケルを直径28mm ， 厚さO. 1�O. 4m m の薄板門板にして，
9 7 3 K x 28. 8 k sの真空焼鈍をした後， 試料に供した . 試料の組成について
は第2章を参照されたい.
3. 2. 2. 実験方法
試料を高温水素ガス透過装置に装着 ・ 真空排気後 試料取り付け時に 導入された歪を除去するため約1000Kで歪取り焼鈍を行った. Fig.3-1に 本研究で用いた実験装置の概略図を示す. 板状試料で2つの真空槽(水 素導入側真空槽と放出側真空槽)を仕切り 両真空槽とも1.33x 1 0 - 4 P a
Recorder
�
Fig.3-1 Diagram of experimental app aratus.
A:Pre ssure control valve. B:Pirani vacuum gauge.
C:Cold cathode ionization gauge. D:Valve.
E:Diffusion pump. F:Rotary pump.
1i nぺU
以下の真空に排気する. 次に水素導入側では電歪を利用したリークバル ブを発振器で制御して， 水素ガスの圧力を周期的に変動させる. このと きの導入側真空槽の圧力は平均圧力4.0kPa， 振幅約1 3 3 P aである . 水素 の透過速度は連続的に排気されている放出側真空槽の圧力変動から測定 され る. 放出側真空槽の圧力は試料からの水素の放出速度と排気系の排 気速度の差iこ比例しており， 排気速度が一定であれば， この圧力変動は 水素透過速度の変動となる. 導入側真空槽と放出側真空槽の圧力変動の 位相差を種々の振動数に対して測定して水素の透過特性を解析する. 試 料の温度制御 は試料ホルダ一部に挿入した熱電対で行い 測定 の温度範
囲は安定した水素透過の測定できる650"""'" 1000Kとした.
3. 3. 解析法
解析法の詳細については第2章第3節を参照されたい.
nrL n‘υ
3. 4. 実験結果
3. 4. 1. マラメータα2の振動数依存性および温度依存性
厚さO.34mmの試料について水素ガスの透過より求めたα 2の振動数依 存性をFig.3-2(a)に示す. 測定温度範囲は773----973Kである. α 2の値は
15
(0)
Ni - H . L = 0.34 mm5
773 K