基于氢等离子体驱动液态锂-铁基底双层膜渗透行为研究

摘要

液态锂因其卓越的自我修复能力、高效的中子吸收性、化学稳定性及氚生成潜力而被广泛应用于核聚变堆.尽管其在聚变堆中的应用表现出色，但液态锂作为面向等离子体的材料，在燃料粒子渗透与滞留和氢同位素的浓度控制方面仍面临挑战.本研究旨在通过氢等离子体环境下的Fe膜渗透窗技术，测量液态Li/Fe双层膜的氢渗透通量，并构建了一种基于Li/Fe双层渗透结构的等离子体驱动渗透行为模型.通过实验，测定了等离子体参数随电感耦合等离子体输入的射频功率的变化关系，并且调整了不同的氢气压力、温度和电感耦合等离子体输入的射频功率以及不同材料厚度，系统地分析了这些因素对液态Li/Fe膜的氢气通量测量结果的影响.此外，研究还探讨了氢在Li/Fe双层结构中的扩散行为，并计算了相关的扩散系数，从而提供了液态锂中氢同位素测量与控制的新方法和数据支持.这些结果不仅促进了对聚变反应堆第一壁材料设计与运行的理解，还有效提高了测量氢同位素浓度的精度、氚的回收效率以及反应堆的安全性.

关键词

液态金属 / 等离子体驱动渗透 / 氢扩散 / 渗透窗

基金资助

国家自然科学基金（11905151,11875198）; 国家重点研究发展计划（2022YFE03130000）