氘氚聚变反应是地球上最容易实现的核聚变反应。在核聚变反应堆中,大量的氘氚等离子体将直接轰击堆内部件,渗透通过聚变材料进入到内部冷却剂中。氘氚渗透行为不仅会干扰包层实验模块（TBM）产氚量的评估,还会产生大量的放射性冷却剂如氚水或者含有氚氦气。掌握各种服役条件下聚变堆关键部件及其材料的性能变化,并分析其对氚渗透性能的影响,对于精准评估聚变堆TBM产氚率及面向等离子体部件氚渗透损耗量具有关键意义。本文围绕聚变堆材料及关键部件服役过程中表面条件演变对氢同位素渗透行为的影响作用机制,利用实验室直线等离子体驱动渗透设备和扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、弹性反冲分析和光谱分析等分析手段展开了细致分析。本文中涉及的聚变堆材料有低活化铁素体/马氏体低活化（RAFM）钢（CLF-1钢、CLAM钢）、铜合金（CuCrZr）和第五副族金属（钒、钽、铌）,内部部件主要针对偏滤器穿管型部件和偏滤器膜泵系统。首先,本文针对等离子体辐照损伤这一基本工况,以RAFM钢作为研究对象,明确了 D、He等离子体对RAFM钢的辐照损伤效果,研究了不同等离子体对样品表面形貌及稳态渗透量的影响机制。实验结果表明:经氘、氦等离子体辐照,RAFM钢表面形貌出现了触角、迷宫、珊瑚、圆锥等多种凸起状纳米结构。除此之外,氦等离子体辐照样品表层～100 nm范围内出现大量氦泡。随着等离子体辐照剂量的增大,样品表面的粗糙度增大,氘的稳态渗透量低。表面形貌对氘等离子体的入射量有直接影响,SRIM程序计算可知随着表面起伏程度的增大,轰击表面的氘离子反射量增加,渗透量降低。利用TMAP程序模拟可得,近表面He辐照损伤层的厚度相较于整个样品而言非常薄,损伤层中D原子扩散速率的减缓对整体样品的D稳态渗透量并没有显著影响。不过损伤层中的氦泡会占据晶内、晶界位置,阻碍氘原子向材料内部扩散。因此,表面复杂的起伏形貌和氦泡层都对氘渗透起到抑制作用。其次,针对堆内常见的材料表面氧化现象,本文探究了表面氧化对氢同位素渗透的影响机理。本文对氧化前后的单层RAFM钢、RAFM-RAFM双层焊接钢、RAFM-FeCrAl焊接复合结构钢的表面形貌及成分和氘渗透行为开展了实验。氧化后RAFM钢表面形成氧化颗粒以及孔洞,FeCrAl氧化后表面形成了均匀的氧化层。在同等氧化条件下,RAFM钢下表面氧化层对氘渗透量无明显影响,下表面氧化的RAFM-FeCrAl焊接复合结构钢的氘渗透量较未氧化RAFM钢样品降低3-4个量级,其原因在于RAFM钢表面氧化层存在大量孔洞,致密度低,而FeCrAl表面极易形成致密氧化层。因此,氧化层是否能起到良好的抑制渗透的效果,取决于氧化层的致密度。若结构材料的面向冷却水面可形成完整致密的氧化层,则能具有良好的阻氚性能。探究RAFM钢的最佳氧化工艺或制备RAFM-FeCrAl类型的复合结构钢可为未来阻氚部件的制备提供工程化应用的技术。最后,本文对偏滤器穿管模块和偏滤器膜泵这两个部件模块的D渗透行为进行了测试,讨论了模块表面条件对氘等离子体驱动渗透量的影响。偏滤器面向等离子体部件采用模块化钨（W）铜穿管/平板设计,表层钨瓦块之间存在0.4mm的缝隙,等离子体受磁场约束以及钨瓦块的遮挡,并不会直接轰击缝隙底部的结构材料和热沉材料,但实验发现覆盖钨瓦块的W/CuCrZr和W/CLF-1渗透量与未覆盖钨瓦块的裸CuCrZr和CLF-1的渗透量相当,因此推测未被磁场约束的中性粒子是引发W/CuCrZr和W/CLF-1模块样品渗透的主要驱动因素。钨瓦块缝隙之间的杂质对模块样品的氘渗透行为有重要影响。当缝隙中含有硅杂质时,模块样品的氘渗透速度十分缓慢,长时间无法平衡。清除硅杂质后,模块样品的氘渗透量可快速达到平衡。对于具有高透氢性的膜泵而言,金属膜表面的非金属杂质层的存在可大大提高氢同位素原子/等离子体驱动渗透量。实验结果表明,第五副族钒、铌和钽这三种材料的抗等离子体辐照性能存在差异,其中铌膜的抗辐照性能最优,是具有潜力的分离材料。总的来说,本文（1）开展了 He等离子体辐照损伤对RAFM钢D等离子体驱动渗透作用的实时、在线研究,将实验结果与理论计算相结合,定量地分析低能He等离子体辐照所产生的表面纳米结构和He泡对D等离子驱动渗透量的影响;（2）完成了 RAFM-FeCrAl复合结构钢的D等离子体驱动渗透实验,明确了下表面氧化条件对D渗透的抑制作用,证实RAFM-FeCrAl复合结构钢作为阻氚部件的前景;（3）发现了钨瓦块缝隙杂质对模块D渗透行为的影响,对抑制未来聚变堆缝隙中氚的快速大量渗透给出了新的思路。这些发现对我国聚变堆的部件设计都有较好的参考价值。