Suppression of tritium permeation through structural materials is essential in order to mitigate fuel loss and radioactivity concerns. Ceramic coatings have been investigated for over three decades as tritium permeation barriers (TPBs); however, a very limited number of investigations on the mechanism of hydrogen-isotope permeation through the coatings have been reported. In this study, deuterium permeation behaviour of erbium oxide coatings fabricated by filtered arc deposition on reduced activation ferritic/martensitic steels has been investigated. The samples coated on both sides of the substrates showed remarkably lower permeability than those coated on one side, and the maximum reduction efficiency indicated a factor of 105 compared with the substrate. The different permeation behaviour between the coatings facing the high and low deuterium pressure sides has been found by the crystal structure analysis and the evaluation of the energy barriers. It is suggested that the permeation processes on the front and back surfaces are independent, and the TPB efficiency of the samples coated on both sides can be expressed by a multiplication of that of each side.
構造材料を通じたトリチウム透過の抑制は、燃料損失と放射能に関する懸念を軽減するために不可欠である。セラミックコーティングは、トリチウム透過バリア（TPB）として30年以上にわたり研究されてきたが、コーティングを通じた水素同位体の透過機構に関する研究は非常に限られている。本研究では、フィルターアーク蒸着により作製した酸化エルビウムコーティングを施した低放射化フェライト/マルテンサイト鋼における重水素透過挙動を調査した。基材の両面にコーティングを施した試料は、片面のみに施した試料よりも著しく低い透過性を示し、最大で基材と比較して10⁵倍の低減効果が確認された。高圧側と低圧側の重水素圧力に面するコーティング間での透過挙動の差異は、結晶構造解析とエネルギー障壁の評価により明らかにされた。表面と裏面の透過プロセスは独立していることが示唆され、両面にコーティングを施した試料のTPB効率は、各面の効率の積として表すことができる。