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Deuterium retention in liquid tin exposed to atomic deuterium flux

Rok Zaplotnik, Vincenc Nemanič, Marko Žumer, Janez Kovač, Miran Mozetič2021年被引用 1Nuclear FusionIF 3出版社

Liquid tin samples at a temperature of 250 °C were exposed to neutral deuterium atoms at a flux of about 1024 m−2 s−1. The source of deuterium (D) atoms was the flowing afterglow of a low-pressure deuterium plasma sustained with a microwave discharge in the surfatron mode. The samples were analyzed by thermal desorption spectroscopy and time of flight secondary-ion mass spectrometry. An immeasurably low concentration of deuterium was detected in the pure tin. However, within the native layer of tin oxide, up to 165 ppm D/Sn was absorbed while the sample was exposed to D atoms. The deuterium concentration in the solid samples peaked at the D fluence of about 5 × 1025 m−2. At the fluence of several 1026 m−2 the concentration dropped below the detection limit, which was about 50 ppb D/Sn. The results were explained by the reduction of the oxide film under exposure to D atoms at large fluences. Thus, the retention of hydrogen isotopes in the liquid tin divertor of a fusion reactor is unlikely since the effect of the plasma makes it possible to reduce the tin oxide layer.

日本語訳

液体スズ試料を、温度250 °Cで、約1024 m−2 s−1のフラックスを持つ中性重水素原子に曝露した。重水素(D)原子の源は、サーファトロンモードでのマイクロ波放電により維持された低圧重水素プラズマのフローイングアフターグローであった。試料は、熱脱離分光法および飛行時間型二次イオン質量分析法により分析した。純スズ中では、重水素濃度は測定限界以下であった。しかし、スズの自然酸化層内では、試料がD原子に曝露されている間に、最大165 ppm D/Snが吸収された。固体試料中の重水素濃度は、Dフルエンスが約5 × 1025 m−2のときにピークに達した。フルエンスが数× 1026 m−2になると、濃度は検出限界(約50 ppb D/Sn)を下回った。これらの結果は、大きなフルエンスでのD原子への曝露による酸化層の還元によって説明された。したがって、核融合炉の液体スズダイバータにおける水素同位体の保持は、プラズマの効果がスズ酸化層を還元できるため、生じにくいと考えられる。

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DeuteriumDeuterium retention
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