One of the major bottlenecks in the development of the breeding blanket of the DEMO fusion reactor is the suppression of tritium permeation through structural steels as well as their protection against dissolution-corrosion by interaction with high temperature heavy liquid metals. Reduction of tritium permeation and corrosion of structural steels are crucial issues in order to enhance reactor safety and avoid operational implications. As a solution to these two daunting challenges, we developed multifunctional alumina coatings capable to tackle, at the same time, tritium permeation and Pb–Li corrosion. The coatings are deposited by pulsed laser deposition and are essentially amorphous, with nanocrystalline inclusions. By optimizing the deposition process, we provide experimental evidence that PLD-grown alumina yields a permeation reduction factor for hydrogen and deuterium well above 104, even after electron irradiation, and a suitable protection against corrosion by the Pb–16Li eutectic. Given these results, the multifunctional, PLD-grown alumina coatings stand out as a viable solution to some of the long-lasting issues related to fusion technologies.
DEMO核融合炉の増殖ブランケット開発における主要なボトルネックの一つは、構造用鋼を通じたトリチウム透過の抑制と、高温液体重金属との相互作用による溶解腐食からの構造用鋼の保護である。トリチウム透過と構造用鋼の腐食の低減は、原子炉の安全性を高め、運転上の影響を回避するために極めて重要な課題である。これら二つの困難な課題に対する解決策として、我々は、トリチウム透過とPb–Li腐食に同時に対処できる多機能アルミナコーティングを開発した。コーティングはパルスレーザー堆積法により成膜され、本質的にアモルファスであり、ナノ結晶介在物を含む。堆積プロセスの最適化により、我々は、PLD成長アルミナが、電子照射後であっても、水素および重水素に対して10^4をはるかに上回る透過低減係数と、Pb–16Li共晶による腐食に対する適切な保護をもたらすという実験的証拠を提供する。これらの結果を踏まえると、多機能PLD成長アルミナコーティングは、核融合技術に関連する長年にわたる問題のいくつかに対する実行可能な解決策として際立っている。