Un equipo de investigación de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei (HFIPS) de la Academia de Ciencias de China (CAS) reveló recientemente que la exposición al helio podría inhibir la penetración de los isótopos de hidrógeno en los materiales de las paredes. Sus resultados fueron publicados en Nuclear Fusion.

Bajo la interacción entre el plasma límite del reactor de fusión y el material, el deuterio y el tritio penetrarán la primera pared y entrarán en el refrigerante del interior, aumentando el costo del combustible y el riesgo de seguridad del reactor de fusión. Al mismo tiempo, las partículas de helio producidas por la reacción de fusión de deuterio-tritio también bombardearán directamente la superficie del material, afectando el comportamiento de permeación y retención del deuterio-tritio en el material.

En este estudio, los científicos se centraron en el efecto de la exposición al plasma de helio en los materiales de pared candidatos y los materiales estructurales de los reactores de fusión y exploraron el mecanismo de la exposición al helio para inhibir la penetración de los isótopos de hidrógeno en los materiales de pared.

Según los investigadores, la exposición previa a los plasmas de helio de baja energía indujo la formación de nanoestructuras sobresalientes en la superficie del material. El flujo de permeación impulsado por el plasma de deuterio disminuyó gradualmente con el aumento de la fluencia previa a la exposición al helio.

Combinando los resultados con cálculos teóricos, concluyeron que la evolución de la topografía de la superficie y la capa de burbujas de helio cerca de la superficie tenían un doble efecto de reducción en la penetración del isótopo de hidrógeno a través del material:la estructura sobresaliente de la superficie aumentó el flujo reflejado de iones incidentes y redujo la flujo de implantación. Además, las burbujas de helio cercanas a la superficie redujeron los canales de transporte para la difusión hacia el interior de los átomos de isótopos de hidrógeno y redujeron aún más el flujo de permeación en estado estacionario de los isótopos de hidrógeno.

Basado en estudios previos sobre la permeación de isótopos de hidrógeno de materiales de pared y materiales estructurales, este estudio realiza un análisis cuantitativo del efecto de la fluencia de exposición al helio, que puede brindar apoyo para la evaluación de la permeación de tritio en la primera pared de los reactores de fusión.