The dynamic analysis of fusion power plant (FPP) fuel cycles highlights the challenge of achieving tritium self-sufficiency in future FPPs. While state-of-the-art fuel cycle models offer valuable insights into the necessary design parameters for attaining tritium self-sufficiency, none of these models currently consider the impact of tritium trapping within fuel cycle components. However, detailed analysis of individual components reveals that substantial amounts of tritium can be trapped within the first wall, divertors, and breeding blanket systems, suggesting that tritium trapping may significantly influence the FPP ability to achieve self-sufficiency. The compounded effects of additional tritium traps generated by irradiation effects and component replacements further exacerbate this challenge. The novelty of this work is the integration of an explicit, physics-based model for tritium trapping, evolution of damage-induced traps, and component replacements into a dynamic, system-level model of a fuel cycle. The results show an increase of a factor of tritium inventory in the first wall and vacuum vessel of an ARC-class FPP when accounting for the aforementioned phenomena. This, coupled with the replacement of components subject to significant tritium trapping, slows down fuel cycle dynamics, resulting in an extended tritium doubling time (50% increase), higher start-up inventory (30% increase), and higher required tritium breeding ratio (2%–5%) compared to a scenario without tritium trapping.
核融合発電プラント（FPP）燃料サイクルの動的解析は、将来のFPPにおけるトリチウム自己充足の達成という課題を浮き彫りにする。最先端の燃料サイクルモデルは、トリチウム自己充足を達成するために必要な設計パラメータに関する貴重な洞察を提供するが、現在のところこれらのモデルのいずれも、燃料サイクル構成要素内のトリチウム閉じ込め（トラッピング）の影響を考慮していない。しかしながら、個々の構成要素の詳細な解析により、第一壁、ダイバータ、および増殖ブランケットシステム内に相当量のトリチウムが閉じ込められ得ることが明らかになり、トリチウム閉じ込めがFPPの自己充足達成能力に有意に影響する可能性が示唆される。照射効果と構成要素の交換によって生成される追加のトリチウムトラップの複合効果は、この課題をさらに悪化させる。本研究の新規性は、トリチウム閉じ込め、損傷誘起トラップの進化、および構成要素の交換に関する明示的な物理ベースモデルを、燃料サイクルの動的なシステムレベルモデルに統合したことにある。結果は、前述の現象を考慮した場合、ARC級FPPの第一壁および真空容器におけるトリチウムインベントリが係数 倍増加することを示している。これに、有意なトリチウム閉じ込めを受ける構成要素の交換が加わることで、燃料サイクル動特性が遅延し、トリチウム閉じ込めがないシナリオと比較して、トリチウム倍増時間の延長（50%増加）、起動時インベントリの増加（30%増加）、および必要なトリチウム増殖比の上昇（2%–5%）がもたらされる。