Водород является чрезвычайно горючим и взрывоопасным газом, поэтому во всех технологических процессах, где он используется или может образовываться, необходимо отслеживать его содержание в воде или воздухе. Группа сотрудников и студентов Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" разработала 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.
Подобные датчики могут пригодиться на атомных электростанциях, в которых вода часто циркулирует при 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 отраслях 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 Национальном исследовательском ядерном университете "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 протестирована в лабораториях Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ". Планируется, что летом 2025 года пройдет испытание прибора в условиях повышенного содержания водорода на полигоне Московского физико-технического института.
Параллельно идет разработка другого датчика водорода, способного функционировать при еще более высоких температурах от 450 до 850 градусов и основанного на иных физических принципах. Основой второго датчика будет подложка из сапфира с напыленными на нее зонами разных металлов и сплавов, включая золото, платину и оксид 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. В первую очередь, высокотемпературный датчик предназначен для металлургических производств государственной корпорации "Росатом". В настоящее время технология второго датчика проходит процедуру патентования.
