Un gruppo di ricerca dell'Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha recentemente rivelato che l'esposizione all'elio potrebbe inibire la penetrazione degli isotopi dell'idrogeno nei materiali delle pareti. I loro risultati sono stati pubblicati su Fusione nucleare.

Sotto l'interazione tra il plasma limite del reattore a fusione e il materiale, il deuterio e il trizio penetreranno nella prima parete ed entreranno nel refrigerante all'interno, aumentando il costo del carburante e il rischio per la sicurezza del reattore a fusione. Allo stesso tempo, anche le particelle di elio prodotte dalla reazione di fusione deuterio-trizio bombarderanno direttamente la superficie del materiale, influenzando il comportamento di permeazione e ritenzione del deuterio-trizio nel materiale.

In questo studio, gli scienziati si sono concentrati sull'effetto dell'esposizione al plasma di elio sui materiali delle pareti candidati e sui materiali strutturali dei reattori a fusione ed hanno esplorato il meccanismo dell'esposizione all'elio per inibire la penetrazione degli isotopi dell'idrogeno nei materiali delle pareti.

Secondo i ricercatori, la pre-esposizione di plasmi di elio a bassa energia ha indotto la formazione di nanostrutture sporgenti sulla superficie del materiale. Il flusso di permeazione guidato dal plasma di deuterio è diminuito gradualmente con l'aumento della fluenza pre-esposizione dell'elio.

Combinando i risultati con i calcoli teorici, hanno concluso che l'evoluzione della topografia superficiale e lo strato di bolle di elio vicino alla superficie avevano un doppio effetto di riduzione sulla penetrazione dell'isotopo di idrogeno attraverso il materiale:la struttura sporgente della superficie aumentava il flusso riflesso degli ioni incidenti e riduceva il flusso di impianto. Inoltre, le bolle di elio vicino alla superficie hanno ridotto i canali di trasporto per la diffusione verso l'interno degli atomi di isotopi di idrogeno e hanno ulteriormente ridotto il flusso di permeazione allo stato stazionario degli isotopi di idrogeno.

Sulla base di studi precedenti sulla permeazione dell'isotopo di idrogeno dei materiali delle pareti e dei materiali strutturali, questo studio realizza un'analisi quantitativa dell'effetto della fluenza dell'esposizione all'elio, che può fornire supporto per la valutazione della permeazione del trizio nella prima parete dei reattori a fusione.

I ricercatori scoprono il meccanismo alla base dell'influenza dei difetti di irradiazione sulla barriera di permeazione del trizio