Une équipe de recherche des Instituts Hefei des sciences physiques (HFIPS) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a récemment révélé que l'exposition à l'hélium pourrait inhiber la pénétration des isotopes de l'hydrogène dans les matériaux des murs. Leurs résultats ont été publiés dans Nuclear Fusion.

Sous l'interaction entre le plasma limite du réacteur à fusion et le matériau, le deutérium et le tritium pénètrent dans la première paroi et pénètrent dans le liquide de refroidissement à l'intérieur, augmentant le coût du combustible et le risque de sécurité du réacteur à fusion. Dans le même temps, les particules d'hélium produites par la réaction de fusion deutérium-tritium bombarderont également directement la surface du matériau, affectant le comportement de perméation et de rétention du deutérium-tritium dans le matériau.

Dans cette étude, les scientifiques se sont concentrés sur l'effet de l'exposition au plasma d'hélium sur les matériaux de paroi candidats et les matériaux de structure des réacteurs à fusion et ont exploré le mécanisme de l'exposition à l'hélium pour inhiber la pénétration des isotopes de l'hydrogène dans les matériaux de paroi.

Selon les chercheurs, la pré-exposition aux plasmas d'hélium à basse énergie a induit la formation de nanostructures saillantes à la surface du matériau. Le flux de perméation induit par le plasma de deutérium a diminué progressivement avec l'augmentation de la fluence de pré-exposition à l'hélium.

En combinant les résultats avec des calculs théoriques, ils ont conclu que l'évolution de la topographie de surface et la couche de bulles d'hélium près de la surface avaient un double effet de réduction sur la pénétration de l'isotope d'hydrogène à travers le matériau - la structure en saillie de surface augmentait le flux réfléchi des ions incidents et réduisait le flux d'implantation. De plus, les bulles d'hélium proches de la surface ont réduit les canaux de transport pour la diffusion vers l'intérieur des atomes d'isotopes d'hydrogène et ont encore réduit le flux de perméation en régime permanent des isotopes d'hydrogène.

Sur la base d'études antérieures sur la perméation des isotopes d'hydrogène des matériaux de paroi et des matériaux de structure, cette étude réalise une analyse quantitative de l'effet de la fluence d'exposition à l'hélium, qui peut fournir un support pour l'évaluation de la perméation du tritium dans la première paroi des réacteurs à fusion.