Liquid metals are being explored actively as candidates for plasma-facing components (PFCs) in fusion reactors. Recently, Li–Sn alloys have appeared as promising alternatives that could overcome some of the challenges faced by the well-studied liquid Li system, namely, a vapor pressure that limits the operating temperature and a high hydrogen isotope retention. However, only scarce data (experimental or theoretical) are available concerning the performance of Li–Sn alloys, specifically only for the compositions of Li30Sn70 and Li20Sn80, related to their bonding and retention of deuterium (D). Here, we present a comprehensive, first-principles molecular-dynamics study of static and dynamic properties of liquid Li30Sn70 at various D concentrations. We observe the formation of D2 gas bubbles for β in Li30Sn70Dβ greater than 22.5 along with Li segregation towards D2 bubbles. To understand the effect of Sn addition on D retention in Li–Sn alloys, we perform a thermodynamic evaluation of maximum D retention in Li-rich Li–Sn alloys. Overall, this work will provide useful data and guidance in the development of Li–Sn PFCs in fusion reactors.
液体金属は、核融合炉におけるプラズマ対向材料（PFC）の候補として活発に研究されている。近年、Li–Sn合金は、よく研究されている液体Li系が直面するいくつかの課題、すなわち動作温度を制限する蒸気圧と高い水素同位体保持能を克服できる有望な代替材料として登場している。しかしながら、Li–Sn合金の性能に関するデータ（実験的または理論的）は限られており、特にLi30Sn70およびLi20Sn80の組成のみについて、重水素（D）の結合と保持に関連して報告されているにすぎない。本稿では、様々なD濃度における液体Li30Sn70の静的および動的性質に関する包括的な第一原理分子動力学研究を提示する。我々は、Li30Sn70Dβにおいてβが22.5を超えるとD2ガス気泡が形成され、それに伴ってD2気泡へのLi偏析が生じることを観察した。Li–Sn合金におけるD保持に対するSn添加の影響を理解するため、LiリッチなLi–Sn合金における最大D保持能の熱力学的評価を行う。全体として、本研究は核融合炉におけるLi–Sn PFCの開発に有用なデータと指針を提供するものである。