Hydrogen isotope exchange in China low activation martensitic (CLAM) steel was investigated by plasma-driven permeation (PDP) measurements in the temperature range of ∼670–920 K. It was found that as H was introduced into D plasma, the permeation flux of HD increased while that of D2 decreased. The total D permeation flux, however, remained almost unchanged. Such a result allowed the analysis of isotope replacement and showed that the reduction of D2 is balanced by the rise of HD. In addition, the formation of HD was found to be closely related to the H and D content in plasma. Hydrogen isotopic effects on H and D plasma dissociation/ionization rate and on incident flux were evaluated by measuring plasma parameters including electron temperature and electron density using a triple Langmuir probe. The correlation between isotope effects on ionization rate in the plasma and isotope effects in the permeation flux was discussed. He plasma pre-irradiation and seeding during D PDP were also conducted to investigate the He effects on D diffusion. The total D permeation flux was found to be reduced by He seeding. Data analysis of Langmuir probe showed that ionization rate of D plasma was influenced by He seeding. Besides, under simultaneous D + He irradiation, He atoms were preferentially trapped at the defects resulting in a shallower D concentration gradient that described the observed decrease in D permeation rate. He plasma pre-irradiation was found to reduce D permeation flux with a much slower breakthrough to reach steady-state. The amount of D trapped at He-induced defects was derived quantitatively from the transient permeation curves. It is believed that He bubbles formed at the near surface act as trapping sites of D atoms, leading to a less effective diffusion coefficient and an enhanced retention in the material.
中国低放射化マルテンサイト（CLAM）鋼における水素同位体交換を、約670–920 Kの温度範囲でのプラズマ駆動透過（PDP）測定により調べた。HをDプラズマに導入すると、HDの透過フラックスは増加する一方、D2の透過フラックスは減少することが見いだされた。しかし、全D透過フラックスはほぼ変化しなかった。この結果により同位体置換の解析が可能となり、D2の減少はHDの増加によって釣り合っていることが示された。さらに、HDの生成はプラズマ中のHおよびD含有量と密接に関連することが見いだされた。三重ラングミュアプローブを用いて電子温度および電子密度を含むプラズマパラメータを測定することにより、HおよびDプラズマの解離／電離速度と入射フラックスに対する水素同位体効果を評価した。プラズマ中の電離速度に対する同位体効果と透過フラックスにおける同位体効果との相関について考察した。D PDP中のHeプラズマ前照射およびシーディングも実施し、D拡散に対するHe効果を調べた。全D透過フラックスはHeシーディングにより低減することが見いだされた。ラングミュアプローブのデータ解析により、Dプラズマの電離速度はHeシーディングの影響を受けることが示された。さらに、D＋He同時照射下では、He原子は欠陥に優先的に捕獲され、その結果D濃度勾配が浅くなり、観察されたD透過速度の低下を説明した。Heプラズマ前照射は、定常状態に達するまでのブレークスルーがはるかに遅いD透過フラックスの低減をもたらすことが見いだされた。He誘起欠陥に捕獲されたD量は、過渡透過曲線から定量的に導出された。表面近傍で形成されたHeバブルはD原子の捕獲サイトとして作用し、それにより実効拡散係数が低下し、材料中の保持が増大すると考えられる。