Magnetron-sputtered tungsten nitride (WNx) films were used as a model system to study the behaviour of re-deposited WNx layers which could form in fusion devices with tungsten (W) wall during nitrogen seeding. The interaction of such WNx layers with deuterium (D) plasmas was investigated in dedicated laboratory experiments. D retention and N removal due to D plasma exposure (D flux: 9.9 × 1019 D m−2 s−1, ion energy 215 eV) at different temperatures were measured with ion beam analysis (IBA). Low-energy argon sputtering followed by IBA was applied to resolve the D distribution in the top-most surface of WNx with significantly improved depth resolution compared with the standard D depth profiling method by nuclear reaction analysis. Experimentally determined thicknesses for the penetration of D in WNx were compared with the penetration depth for D calculated in SDTrimSP simulations. Results show that D is only retained within the ion penetration range for samples exposed at 300 K. In contrast to the 300 K case, D diffuses beyond the implantation depth in a sample exposed at 600 K. However, the D penetration depth is much lower than in pure W at comparable conditions. The total amount of retained D in WNx at 600 K is by 50% lower than for implantation at 300 K with the same D fluence. Nitrogen is removed only within the D ion range.
マグネトロンスパッタリングされたタングステン窒化物（WNx）薄膜を、窒素シーディング中にタングステン（W）壁を有する核融合装置内で形成され得る再堆積WNx層の挙動を研究するためのモデル系として用いた。このようなWNx層と重水素（D）プラズマとの相互作用を、専用の実験室実験において調査した。異なる温度でのDプラズマ曝露（Dフラックス：9.9 × 1019 D m−2 s−1、イオンエネルギー215 eV）によるD保持およびN除去を、イオンビーム分析（IBA）により測定した。低エネルギーアルゴンスパッタリングとそれに続くIBAを適用して、標準的な核反応分析によるD深さプロファイリング法と比較して大幅に改善された深さ分解能で、WNxの最表面におけるD分布を解明した。WNx中へのDの浸入について実験的に決定された厚さを、SDTrimSPシミュレーションで計算されたDの浸入深さと比較した。結果は、300 Kで曝露された試料については、Dはイオン浸入範囲内にのみ保持されることを示している。300 Kの場合とは対照的に、600 Kで曝露された試料では、Dは注入深さを超えて拡散する。しかしながら、Dの浸入深さは、同等の条件下での純W中よりもはるかに小さい。600 KでのWNx中の保持D総量は、同じDフルエンスでの300 K注入の場合よりも50%低い。窒素はDイオン範囲内でのみ除去される。