En forskargrupp från Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har nyligen avslöjat att heliumexponering kan hämma penetrationen av väteisotoper i väggmaterial. Deras resultat publicerades i Nuclear Fusion.

Under växelverkan mellan gränsplasman i fusionsreaktorn och materialet kommer deuterium och tritium att penetrera den första väggen och komma in i kylvätskan inuti, vilket ökar bränslekostnaden och säkerhetsrisken för fusionsreaktorn. Samtidigt kommer heliumpartiklarna som produceras av deuterium-tritium-fusionsreaktionen också att direkt bombardera ytan på materialet, vilket påverkar genomträngnings- och retentionsbeteendet för deuterium-tritium i materialet.

I denna studie fokuserade forskare på effekten av heliumplasmaexponering på kandidatväggmaterial och strukturmaterial i fusionsreaktorer och undersökte mekanismen för heliumexponering för att hämma penetrationen av väteisotoper i väggmaterial.

Enligt forskarna inducerade lågenergi heliumplasma före exponering bildandet av utskjutande nanostrukturer på ytan av materialet. Det deuteriumplasmadrivna permeationsflödet minskade gradvis med ökningen av heliumfluens före exponering.

Genom att kombinera resultaten med teoretiska beräkningar drog de slutsatsen att utvecklingen av yttopografin och det ytnära heliumbubbelskiktet hade en dubbelreducerande effekt på väteisotopens penetration genom materialet - den utskjutande ytstrukturen ökade det reflekterade flödet av infallande joner och minskade implantationsflöde. Dessutom reducerade heliumbubblorna nära ytan transportkanalerna för inåtgående diffusion av väteisotopatomer och minskade ytterligare genomträngningsflödet av väteisotoper i jämvikt tillstånd.

Baserat på tidigare studier om väteisotoppermeation av väggmaterial och strukturmaterial, realiserar denna studie kvantitativ analys av effekten av heliumexponeringsfluens, vilket kan ge stöd för utvärdering av tritiumpermeation i den första väggen av fusionsreaktorer.

Forskare upptäcker mekanismen bakom påverkan av strålningsdefekter på tritiumpermeationsbarriären