The severe particle, radiation and neutron environment in a future fusion power plant requires the development of advanced plasma-facing materials. At the same time, the highest level of safety needs to be ensured. The so-called loss-of-coolant accident combined with air ingress in the vacuum vessel represents a severe safety challenge. In the absence of a coolant the temperature of the tungsten first wall may reach 1200 °C. At such a temperature, the neutron-activated radioactive tungsten forms volatile oxide which can be mobilized into atmosphere. Smart tungsten alloys are being developed to address this safety issue. Smart alloys should combine an acceptable plasma performance with the suppressed oxidation during an accident. New thin film tungsten–chromium–yttrium smart alloys feature an impressive 105 fold suppression of oxidation compared to that of pure tungsten at temperatures of up to 1000 °C. Oxidation behavior at temperatures up to 1200 °C, and reactivity of alloys in humid atmosphere along with a manufacturing of reactor-relevant bulk samples, impose an additional challenge in smart alloy development. First exposures of smart alloys in steady-state deuterium plasma were made. Smart tungsten–chroimium–titanium alloys demonstrated a sputtering resistance which is similar to that of pure tungsten. Expected preferential sputtering of alloying elements by plasma ions was confirmed experimentally. The subsequent isothermal oxidation of exposed samples did not reveal any influence of plasma exposure on the passivation of alloys.
将来の核融合発電所における過酷な粒子・放射線・中性子環境は、先進的なプラズマ対向材料の開発を必要とする。同時に、最高レベルの安全性を確保する必要がある。いわゆる冷却材喪失事故と真空容器内への空気流入の組み合わせは、深刻な安全上の課題を表している。冷却材が存在しない場合、タングステン第一壁の温度は1200 °Cに達する可能性がある。そのような温度では、中性子照射によって活性化された放射性タングステンが揮発性酸化物を形成し、大気中に放出され得る。この安全問題に対処するため、スマートタングステン合金が開発されている。スマート合金は、許容可能なプラズマ適合性と、事故時の酸化抑制を兼ね備えるべきである。新しいタングステン–クロム–イットリウム薄膜スマート合金は、純タングステンと比較して、最高1000 °Cの温度で酸化を約10⁵倍抑制する顕著な特性を示す。最高1200 °Cまでの温度における酸化挙動、および湿潤雰囲気中での合金の反応性は、原子炉関連のバルク試料の製造とともに、スマート合金の開発における追加の課題を提起する。定常状態の重水素プラズマ中でのスマート合金の初回曝露試験が実施された。タングステン–クロム–チタン合金は、純タングステンと同様のスパッタリング耐性を示した。合金元素のプラズマイオンによる予想された優先スパッタリングが実験的に確認された。曝露後の試料のその後の等温酸化試験では、プラズマ曝露が合金の不動態化に及ぼす影響は認められなかった。