In future fusion reactors, the first wall will be irradiated with hydrogen fuel (deuterium (D), tritium (T)) and helium (He) with low energies. In this work, the effects of He plasma irradiation on D permeation through tungsten (W) coated reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steel were systematically investigated by performing plasma-driven permeation (PDP) measurements in the temperature range of 523–833 K. The W coatings were prepared by magnetron sputtering. He plasma irradiation with different fluences was carried out in a linear plasma device. The results showed that as He irradiation fluence increased, the surface damage of W coatings intensified, resulting in a high steady-state D-PDP flux and effective diffusion coefficient. The effect of incident ion energy on D-PDP was also influenced by He pre-irradiation. After He irradiation with a fluence of 6.0 × 1024 He m−2, the D-PDP flux was found to decrease with increasing incident ion energy despite the fact that the sample temperature was gradually increasing. The He pre-damage affected the overall D transport by re-balancing the bulk diffusion and surface recombination processes, therefore determining the PDP flux. D-PDP through W + RAFM under simultaneous D + He mixture plasma exposure was studied as well. The results indicated that the presence of He reduced the ionization rate of the D plasma and decreased D-PDP flux. D-PDP regime under the mixture plasma exposure was verified by calculating the transport parameter. It was found that the D-PDP regime was not changed by He introduction, which remained in the RD regime (recombination-limited D release from upstream surface and diffusion-limited D release from downstream surface).
将来の核融合炉において、第一壁は低エネルギーの水素燃料（重水素（D）、トリチウム（T））およびヘリウム（He）で照射される。本研究では、タングステン（W）被覆低放射化フェライト/マルテンサイト（RAFM）鋼を通したD透過に対するHeプラズマ照射の影響を、523–833 Kの温度範囲でプラズマ駆動透過（PDP）測定を行うことにより系統的に調査した。W被覆はマグネトロンスパッタリングにより作製した。異なるフルエンスのHeプラズマ照射を線形プラズマ装置で実施した。結果は、He照射フルエンスの増加に伴い、W被覆の表面損傷が激しくなり、その結果、定常状態のD-PDPフラックスと実効拡散係数が高くなることが示された。入射イオンエネルギーのD-PDPへの影響もHe事前照射によって影響を受けた。6.0 × 10^24 He m^−2のフルエンスのHe照射後、試料温度が徐々に上昇しているにもかかわらず、D-PDPフラックスは入射イオンエネルギーの増加とともに減少することが見出された。He事前損傷は、バルク拡散と表面再結合プロセスのバランスを再調整することによってDの全体的な輸送に影響を及ぼし、したがってPDPフラックスを決定した。W + RAFMを通したD-PDPは、D + He混合プラズマへの同時曝露下でも研究された。結果は、Heの存在がDプラズマの電離率を低下させ、D-PDPフラックスを減少させることを示した。混合プラズマ曝露下でのD-PDPレジームは、輸送パラメータを計算することによって検証された。D-PDPレジームはHeの導入によって変化せず、RDレジーム（上流表面からの再結合律速のD放出および下流表面からの拡散律速のD放出）のままであることが見出された。