Plasma-facing materials (PFMs) for nuclear fusion, either in inertial confinement fusion (ICF) or in magnetic confinement fusion (MCF) approaches, must withstand extremely hostile irradiation conditions. Mitigation strategies are plausible in some cases, but usually the best, or even the only, solution for feasible plant designs is to rely on PFMs able to tolerate these irradiation conditions. Unfortunately, many studies report a lack of appropriate materials that have a good thermomechanical response and are not prone to deterioration by means of irradiation damage. The most deleterious effects are vacancy clustering and the retention of light species, as is the case for tungsten. In an attempt to find new radiation-resistant materials, we studied tungsten hollow nanoparticles under different irradiation scenarios that mimic ICF and MCF conditions. By means of classical molecular dynamics, we determined that these particles can resist astonishingly high temperatures (up to ∼3000 K) and huge internal pressures (>5 GPa at 3000 K) before rupture. In addition, in the case of gentle pressure increase (ICF scenarios), a self-healing mechanism leads to the formation of an opening through which gas atoms are able to escape. The opening disappears as the pressure drops, restoring the original particle. Regarding radiation damage, object kinetic Monte Carlo simulations show an additional self-healing mechanism. At the temperatures of interest, defects (including clusters) easily reach the nanoparticle surface and disappear, which makes the hollow nanoparticles promising for ICF designs. The situation is less promising for MCF because the huge ion densities expected at the surface of PFMs lead to inevitable particle rupture.
核融合におけるプラズマ対向材料（PFM）は、慣性閉じ込め核融合（ICF）または磁場閉じ込め核融合（MCF）のいずれのアプローチにおいても、極めて過酷な照射条件に耐えなければならない。緩和戦略は一部の場合には妥当であるが、実現可能なプラント設計にとって通常最良の、あるいは唯一の解決策は、これらの照射条件に耐えうるPFMに依存することである。残念ながら、多くの研究が、良好な熱機械的応答を持ち、照射損傷による劣化を起こしにくい適切な材料の不足を報告している。最も有害な影響は、タングステンの場合のように、空孔クラスタリングと軽元素種の保持である。新しい耐放射線材料を見つけるために、我々はICFおよびMCF条件を模擬した異なる照射シナリオの下で、タングステン中空ナノ粒子を研究した。古典分子動力学を用いて、これらの粒子が破壊前に驚くほど高い温度（∼3000 Kまで）と巨大な内部圧力（3000 Kで>5 GPa）に耐え得ることを決定した。さらに、緩やかな圧力上昇の場合（ICFシナリオ）には、自己修復機構により開口部が形成され、そこからガス原子が逃げることができる。圧力が低下すると開口部は消滅し、元の粒子が回復する。放射線損傷に関しては、オブジェクト運動学的モンテカルロシミュレーションが追加の自己修復機構を示している。対象となる温度では、欠陥（クラスタを含む）は容易にナノ粒子表面に到達して消滅するため、中空ナノ粒子はICF設計にとって有望である。MCFについては、PFM表面で予想される巨大なイオン密度が粒子の不可避な破壊をもたらすため、状況はあまり有望ではない。