Tungsten is currently deemed as a promising plasma-facing material (PFM) for the future power plant DEMO. In the case of an accident, air can get into contact with PFMs during the air ingress. The temperature of PFMs can rise up to 1200 °C due to nuclear decay heat in the case of damaged coolant supply. Heated neutron-activated tungsten forms a volatile radioactive oxide which can be mobilized into the atmosphere.New self-passivating 'smart' alloys can adjust their properties to the environment. During plasma operation the preferential sputtering of lighter alloying elements will leave an almost pure tungsten surface facing the plasma. During an accident the alloying elements in the bulk are forming oxides thus protecting tungsten from mobilization.Good plasma performance and the suppression of oxidation are required for smart alloys. Bulk tungsten (W)–chroimum (Cr)–titanium (Ti) alloys were exposed together with pure tungsten (W) samples to the steady-state deuterium plasma under identical conditions in the linear plasma device PSI 2. The temperature of the samples was ~576 °C–715 °C, the energy of impinging ions was 210 eV matching well the conditions expected at the first wall of DEMO. Weight loss measurements demonstrated similar mass decrease of smart alloys and pure tungsten samples. The oxidation of exposed samples has proven no effect of plasma exposure on the oxidation resistance. The W–Cr–Ti alloy demonstrated advantageous 3-fold lower mass gain due to oxidation than that of pure tungsten.New yttrium (Y)-containing thin film systems are demonstrating superior performance in comparison to that of W–Cr–Ti systems and of pure W. The oxidation rate constant of W–Cr–Y thin film is 105 times less than that of pure tungsten. However, the detected reactivity of the bulk smart alloy in humid atmosphere is calling for a further improvement.
タングステンは現在、将来の動力炉DEMOのための有望なプラズマ対向材料(PFM)と見なされている。事故の場合、空気侵入時に空気がPFMと接触する可能性がある。冷却材供給が損傷した場合、核崩壊熱によりPFMの温度は1200 °Cまで上昇し得る。加熱された中性子活性化タングステンは、揮発性の放射性酸化物を形成し、大気中に移行する可能性がある。新しい自己不動態化「スマート」合金は、その特性を環境に適応させることができる。プラズマ運転中、より軽い合金元素の優先スパッタリングにより、プラズマに面するほぼ純粋なタングステン表面が残される。事故時には、バルク中の合金元素が酸化物を形成し、タングステンの移行を防ぐ。スマート合金には、良好なプラズマ性能と酸化抑制が要求される。バルクタングステン(W)–クロム(Cr)–チタン(Ti)合金は、純タングステン(W)試料とともに、線形プラズマ装置PSI 2において同一条件下で定常重水素プラズマに曝露された。試料の温度は約576 °C–715 °C、入射イオンのエネルギーは210 eVであり、DEMOの第一壁で予想される条件とよく一致していた。重量減少測定により、スマート合金と純タングステン試料の質量減少は同様であることが実証された。曝露された試料の酸化は、プラズマ曝露が耐酸化性に影響を及ぼさないことを証明した。W–Cr–Ti合金は、純タングステンよりも酸化による質量増加が3倍低いという有利な特性を示した。新しいイットリウム(Y)含有薄膜システムは、W–Cr–Tiシステムおよび純Wと比較して優れた性能を示している。W–Cr–Y薄膜の酸化速度定数は、純タングステンの105分の1である。しかし、湿潤雰囲気中でのバルクスマート合金の検出された反応性は、さらなる改善を必要としている。