为跨入世界聚变研究开发新行列,解决能源危机问题,我国于2017年12月,启动了中国聚变工程实验堆（CFETR）重大科学工程,并计划在2030年前后实现其具有氚自持和发电输出功能。在聚变堆中直接面向氘氚等离子体的材料叫做“第一壁”,它所处的环境非常恶劣,所以对第一壁材料的要求非常苛刻。钨（W）材料具有多项满足面向等离子体材料的特性,目前被认为是未来最具希望的第一壁材料。聚变燃料氢同位素在钨基材料中的渗透、滞留问题关系到聚变反应装置中氚的合理评估和整个装置的安全设计,是需要考虑的重要问题之一。目前,国内外对氢同位素在钨以及钨基材料中的渗透和滞留的研究在实验上的数据相对较少且数据分散,特别是缺乏与实际工况对应的混合气体渗透数据。本文采用气相驱动渗透、气相热充和热脱附方式,结合X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）等分析设备,系统研究了单一氢同位素气体及混合氢同位素气体在钨基材料中的渗透和滞留行为。对比研究了纯钨以及两种轧制比Y2O3掺杂钨的氘渗透行为,获得了纯钨和W-Y2O3中氘渗透率、扩散系数、溶解度及扩散活化能等定量数据。研究表明,缺陷密度和Y2O3掺杂对钨中氘的稳态渗透率没有显著影响;但Y2O3掺杂及轧制工艺会影响钨中氘扩散激活能和溶解热:元素掺杂及提高轧制比,降低了氘在钨中的扩散激活能,提高了氘在钨中的溶解热;且随着轧制比的增加,氘扩散激活能进一步减小,溶解热则进一步增大。Y2O3掺杂及轧制比的增加,促进了钨中氘的扩散,也因此降低了氘在钨中的固溶度。微观结构分析证实,Y2O3掺杂和提高轧制比增加了钨中的缺陷和缺陷密度,使得氘扩散的界面增多,促进了氘的扩散。可见,适当的元素掺杂和提高材料的轧制比是降低氘在材料中固溶度的一种有效手段。对比研究了纯钨以及不同铜含量钨铜复合材料的氘渗透行为。研究表明,氘在钨铜复合材料中的渗透率相比纯钨中大2～3个数量级,扩散系数约增大5个数量级;复合材料中铜含量的增加,会使得氘在材料中渗透率和扩散系数均呈现增大趋势。氘在钨铜复合材料中的溶解度比在纯钨中小很多,溶解热也更大。钨铜复合材料之间的相界面促进了钨中氘扩散,减小了氘在钨中的固溶度。有趣的是,气相热充-热脱附实验表明,钨铜复合材料中氘的滞留量为1024atom/m3,而纯钨中氘的滞留量为1023atom/m3,复合材料中氘的捕获位更多;快速降温使得复合材料中滞留的的氘来不及释放,显示出钨中氘的表观滞留量增多。对比研究了纯氘和不同氘含量氢氘混合气在纯钨中的渗透性能,并对比了氘氦混合气渗透实验结果。研究发现,氢分压的存在会影响氘的渗透:当氢气分压大于30%的时,随着氢气分压的增大,氘气的渗透会受到一定的抑制;在氢气分压为50%的时,氘气的渗透率会减小40%左右,扩散系数则增加接近700%,溶解度减小接近95%。微观结构分析表明,单一气体在发生气相驱动渗透时,会对材料表面造成损伤,而混合气（包括氘氦混合气）渗透所带来的损伤会更加严重,这不仅能使得材料表面晶粒细化,还会在晶界和晶粒表面产生破坏。