高密度D2等离子体驱动的液态锂中氘渗透滞留行为及机理研究

Before liquid lithium is used large-scale in fusion reactors, many critical issues should be solved. One of the issues is permeation and retention of hydrogen isotopes. In this study, we will study deuterium permeation and retention in a liquid lithium driven by high density D2 plasma. D2 plasma will be produced by the linear plasma device developed in our lab. The liquid lithium will be obtained by static capillary-porous system (CPS) and the liquid lithium loop. We will (1) examine the effects of lithium temperature, lithium thickness, impurities, CPS structure, plasma density and temperature on permeation and retention of deuterium with D2 plasmas radiating the static CPS lithium. (2) investigate permeation and retention of deuterium in flowing liquid lithium driven by D2 plasmas. Based on above experimental data, the models to describe the permeation and retention of deuterium will be developed. The project will be helpful to design the liquid lithium divertors for future fusion reactors.

实现液态锂在未来聚变堆中的大规模应用还面临不少关键问题，其中之一就是氢同位素在液态锂中的渗透滞留问题。本项目拟利用实验室自主研制的高密度直线等离子体装置和气体/等离子体渗透装置，（1）开展D2等离子体驱动的静态液态锂中的氘渗透滞留行为研究，发展氢同位素在CPS结构液态锂中的渗透滞留模型；（2）结合实验室的液态锂回路，通过D2等离子体辐照流动液态锂自由流面，考察自由流面的速度、厚度、温度和等离子体特性等因素对氘输运行为的影响，建立氢同位素在流动液态锂中的渗透滞留模型。在这些研究基础上阐明高密度等离子体驱动的渗透滞留机制。相关数据可为未来聚变堆液态锂偏滤器的设计提供参考。

氢同位素在液态锂中的渗透滞留是液态锂在未来聚变堆中大规模应用面临的关键问题之一，目前国际上等离子体驱动下液态锂中氢同位素渗透的物理过程和作用机制缺乏充分研究。本项目自主研制了等离子体驱动液态锂渗透装置，系统开展了气体驱动和等离子体驱动下液态金属中的氢渗透滞留行为研究，探究了压强、温度和液态金属厚度对氢同位素渗透行为的影响规律，获得了渗透通量、扩散系数、渗透率、西弗茨常数和表面复合系数等一系列实验参数，发展了氢同位素在液态金属/固体薄膜结构中多层渗透理论，明确了氢同位素在液态金属渗透过程中的扩散限制机制。相关数据可为未来聚变堆液态锂偏滤器的设计提供参考。