近日，中科院合肥研究院等離子體所聚變堆材料及部件研究室在壁材料的等離子體輻照效應(yīng)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在Nuclear Fusion期刊上（1,2）。

　　在聚變堆邊界等離子體與材料的相互作用下，氘氚會進(jìn)入材料表面，滲透穿過第一壁進(jìn)入到內(nèi)部的冷卻劑，增加反應(yīng)堆的燃料成本以及安全風(fēng)險。與此同時，氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生的氦也會直接轟擊材料表面，影響氘氚在材料中的滲透滯留行為。

　　當(dāng)前研究針對聚變堆候選壁材料和結(jié)構(gòu)材料，聚焦氦等離子體輻照效應(yīng)，探究了低能氦等離子體輻照損傷對材料中氫同位素滲透的影響機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低能氦等離子體輻照會誘導(dǎo)材料表面形成凸出狀納米結(jié)構(gòu)，氘滲透量隨著氦輻照劑量的增大逐漸降低。結(jié)合理論計算，可判斷表面形貌演變和近表面氦泡層對材料的氫同位素滲透量有雙重降低作用：表面起伏形貌增加了入射離子的反射通量，減少了植入通量；而近表層聚集的氦泡則大大減少了表層氫同位素原子向內(nèi)擴(kuò)散的輸運(yùn)通道，進(jìn)一步降低了氫同位素的穩(wěn)態(tài)滲透量。

　　以上成果建立在早前壁材料和結(jié)構(gòu)材料的氫同位素滲透研究基礎(chǔ)上（3,4），實(shí)現(xiàn)了氦注入劑量影響的定量分析，可為聚變堆第一壁的氚滲透量評估提供重要參考。上述工作受到了國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會以及中科院合肥研究院等離子體所基金等項(xiàng)目的資助。

　　[1] L. Wang et al., Nucl. Fusion 62 (2022) 086006.

　　論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ac62f8

　　[2] X.C. Li et al., Nucl. Fusion 62 (2022) 064001.

　　論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ac4716

　　[3] H.S. Zhou et al., Nucl. Fusion 58 (2018) 056017.

　　論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aab37e

　　[4] H.S. Zhou et al., Nucl. Fusion 59 (2019) 014003.

　　論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aaefd0

圖1 （a）瞬態(tài)滲透曲線（b）穩(wěn)態(tài)滲透量

圖2 三種輻照劑量的樣品表面形貌