近日，课题组在聚变堆燃料输运研究中取得最新进展，相关研究成果“A novel mechanism and model of hydrogen isotope exchange in vacancy considering nuclear quantum effects”发表在核聚变领域领头期刊《Nuclear Fusion》上。

在未来聚变堆中，燃料氢同位素（氘、氚）将在面向等离子体材料中发生渗透与滞留，从而引发放射性污染问题，威胁到聚变堆的安全稳定运行。然而，当前聚变堆材料中的氚除染仍面临着重大的科学与技术挑战。利用氢同位素交换技术，不仅可有效去除材料中的滞留氚，还能通过氚循环回路实现氚的高效回收。为此，课题组基于原子尺度上深入研究了氢同位素交换的微观机制，并将核量子效应纳入氚输运研究中。研究结果表明，氢同位素交换的关键过程受到显著的同位素效应影响，特别是在低温环境下，不同氢同位素之间的交换行为表现出明显差异。基于这些微观动力学特性，团队提出了包含核量子效应的氢同位素交换新机制，并建立了氚浓度演变模型。模型预测表明，通过利用不同氢同位素的同位素效应，可以显著降低氢同位素交换除氚过程中的氚平衡浓度。这一发现为实现氢同位素交换技术在材料中滞留氚的高效去除提供了新的理解，同时也为未来聚变堆环境中的氚滞留行为提供了更精确的评估依据。

本项工作得到中国工程物理研究院材料研究所、中国科学院等离子体物理研究所、西安交通大学、华中科技大学、北京航空航天大学、日本静冈大学等单位的合作支持。课题组孙飞教授为论文通讯作者，博士生刘启航为论文第一作者。该工作获得国家磁约束核聚变能发展研究专项（2022YFE03200400）、国家自然科学基金（12105069、12305192、12222510、12192284），以及日本学术振兴会Kakenhi项目（20H01885）的支持。相关的计算工作在合肥工业大学高性能计算平台上完成。

文章链接：https://doi.org/10.1088/1741-4326/ad97cd