Водород - чрезвычайно горючий и взрывоопасный газ, поэтому во всех технологических процессах, где он используется или может образовываться, необходим мониторинг его содержания в воде или воздухе. Группой сотрудников и студентов Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ разработан оригинальный промышленный датчик водорода, способный работать при высоких температурах (от 150 до 450 градусов по Цельсию), характерных для многих технологических процессов в энергетике, химической промышленности и металлургии.

Как рассказал руководитель команды разработчиков, старший преподаватель Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Алексей Соловьев, подобные датчики могут пригодиться на атомных электростанциях, в которых вода циркулирует часто при очень высоких температурах (свыше 300 градусов), что может вызывать ее частичную диссоциацию с образованием пузырьков водорода. Эти пузырьки могут провоцировать микровзрывы и разрушать стенки трубопроводов. Также опасность выделения водорода существует в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Одновременно водород широко используется для производства аммиака на основе которого создаются азотные удобрения. Все это вызывает необходимость контролировать содержание водорода непосредственно в рамках технологических процессов. 

В основе разработанного в МИФИ датчика находится композитный материал, включающий подложку из карбида кремния, на которую напыляется тонкая пленка оксида вольфрама. При взаимодействии с водородом у оксида вольфрама меняются электрофизические свойства. Измеряя электрическое сопротивление данного композита можно делать выводы о наличие водорода в окружающей среде.

Разработанная технология в настоящее время уже запатентована, и испытана в лабораториях МИФИ.

Планируется что летом этого года пройдет испытание прибора в условиях повышенного содержания водорода на полигоне МФТИ.

Параллельно идет разработка другого датчика водорода, способного работать при еще более высоких температурах (от 450 до 850 градусов), и работающего на иных физических принципах. Основой второго датчика будет подложка из сапфира с напыленными на нее зонами разных металлов и сплавов (предположительно золота, платины и оксида никеля). Поскольку эти элементы имеют разную каталитическую активность при таких температурах, при взаимодействии с водородом на них накапливается разный электрический потенциал.  Уровень водорода в среде будет определяться путем измерения разности потенциалов между двумя материалами (например, платиной и золотом). В первую очередь высокотемпературный датчик предназначен для металлургических производств Госкорпорации «Росатом». В настоящее время технология второго датчика проходит процедуру патентования. 

 

Константин Фрумкин, начальник отдела по работе со СМИ НИЯУ МИФИ