随着全球聚变能源研发升温，如何安全“关住”关键燃料氚，正成为商业聚变反应堆走向现实前必须回答的问题。加拿大国家核实验室(CNL)的研究人员正在测试氚和氘等氢同位素在高温材料中的扩散行为，以评估哪些材料更适合用于未来氘氚聚变系统。
氚是一种放射性氢同位素，已被用于夜光手表、发光标识等场景。在聚变能源设想中，氚与另一种氢同位素氘发生聚变反应，可释放大量能量，这也是科学家希望借助它们模拟太阳产能过程的重要原因。聚变反应堆有望提供大量低碳能源，并减少传统核裂变技术产生的长寿命放射性废物，但燃料控制并不简单。氚和氘能够在材料中快速迁移，甚至会通过纳米级间隙扩散。
CNL氢研究科学家朱利安·朗表示，氚尤其令人关注，因为它在高温下很容易穿过金属材料，就像水穿过筛子一样。对聚变反应堆而言，如果氚持续渗透并泄漏，不仅会造成宝贵燃料损失，还可能增加工作人员的辐射暴露风险，影响反应堆安全和持续运行。
为此，CNL团队搭建并升级了一套实验系统，将可能接触氚的材料加热到聚变反应堆燃料循环回路所需的温度范围，包括除氚系统和氚储存系统相关工况。研究人员随后追踪氚穿过特定金属的速度，以建立材料性能数据库。
目前，团队重点测试的是304不锈钢，这也是相关系统中常见的标准材料之一。测试温度覆盖250℃至950℃。初步结果显示，氚在高温下渗透速度很快：在850℃条件下，氚约两分钟就能扩散穿过一毫米厚的不锈钢壁。研究人员认为，这样的渗透速度难以满足长期运行需求。
CNL团队还在新升级系统中对INCOLOY 800合金管进行高温实验，温度达到850℃，用于跟踪氚在材料中的移动情况。研究人员希望通过自建实验装置和流程，形成更可靠的数据基础，为不同材料之间的比较提供依据。由于现有氚渗透数据仍不够精确，这类实验对未来材料选择和工程设计具有重要参考价值。
纳米材料科学家拉里萨·豪尔赫表示，能够开展高水平研究并吸引国际合作方关注，让团队的工作更具意义。随着全球对聚变技术投资不断增加，这项研究也在强化加拿大在聚变材料评估方面的角色，并为该领域国际合作提供新的机会。
该研究由加拿大原子能有限公司(AECL)联邦核科学与技术(FNST)工作计划资助。根据这一计划，加拿大国家核实验室研究人员围绕健康、安全与安保、能源和环境等方向开展项目，支持加拿大政府相关职责和优先事项。
