3.2.2. Проникновение газов сквозь металлы.

Как зависит проникновение газов сквозь металлы от внутрен­него строения этих металлов? Во многих металлах преобладает диффузия водорода по границам кристаллов. Поэтому диф­фузия протекает быстрее в мелкокристаллическом металле, чем в крупнокристаллическом. Казалось бы, надо стараться исполь­зовать крупнокристаллические материалы? Ио при крупно­кристаллическом строении больше вероятность образования сквозных трещин. Любая технология вообще и вакуумная в частности — наука о компромиссах. Иногда удается найти третье решение — не компромиссное, а принципиально новое. Вместо выбора оптимального размера кристаллов можно покрыть стальную оболочку снаружи, со стороны атмосферы, слоем алю­миния. Сталь прочна, и она будет нести механическую нагрузку, алюминий будет защищать от проникновения водорода (сквозь алюминий водород не проникает). Или другой путь — покрыть оболочку изнутри, со стороны вакуума, слоем титана. Он погло­тит водород, продиффундировавший сквозь прочную оболочку, и не пропустит его внутрь прибора. Этот путь был найден срав­нительно недавно.

И от диффузии газов сквозь металлы может быть и польза. Не так давно был открыт удивительно красивый эффект под названием «сверхгазопроницаемость». Оказалось, что возможны ситуации, когда вероятность прохождения атома через металлическую перегородку почти равна единице. Ме­таллическая перегородка ведет себя как... отверстие.

Рассмотрим процесс проникновения водорода через метал­лическую перегородку. Водород сорбируется на металлах в виде атомов, т. е. при сорбции его молекула диссоциирует, разделяется на атомы. Процесс диссоциации требует затраты энергии. Так что не каждая молекула водорода, приоывшая на поверхность металла, может сорбироваться. Но пусть все же это произошло. Получившиеся при диссоциации атомы проникают в металл. В металле атомы водорода некоторое время диффун­дируют, хаотически движутся, и в итоге подходят изнутри к границам перегородки — либо к той, через которую они про­никли, либо к другой. Ио выйти из» металла тоже не всегда просто — для этого двум атомам надо рекомбинировать, т. е. образовать молекулу. Если сделать так, чтобы вероятность десорбции на входной границе была мала (это достигается слабым ее окислением), то атомы будут выходить в основном не через ту границу, через которую вошли, а через другую, и вероятность проникновения станет равна вероятности сорбции.

Теперь предположим, что на поверхность металла попадают не молекулы, а атомы водорода, и диссоциация не нужна. Тогда вероятность проникновения достигает единицы. Может быть, это и странно, но факты — вещь упрямая. В условиях, в которых реализуется эффект сверхгазопроницаемости, поток атомов водорода проходит через металлическую мембрану, как сквозь отверстие. Такой эффект наблюдался для потоков водорода и дейтерия через палладий, железо, никель, ниобий. Между прочим, издавна было известно, что при получении водорода посредством электролиза или химической реакции на металлической стенке-катализаторе получающийся водород легко проникал сквозь металл. Происходило это именно потому, что водород образо­вывался в виде атомов на поверхности металла и сразу же ухо­дил в глубь металла.

Рассмотрим подробнее, как ведет себя газ не внутри, а на поверхности материала.