Experimental investigations on the role of ion mass and the primary knock-on atoms (PKA) spectrum in the defect type, structure and defect production efficiency is presented in ion-irradiation experiments in tungsten using a combination of positron annihilation spectroscopy, transmission electron microscopy and secondary ion mass spectroscopy. Recrystallized tungsten foils were irradiated using low- (helium), medium- (boron) and high-mass (gold) ions of MeV energy for a comparable dpa and implantation range at room temperature. Depending on the ion mass and the PKA spectrum, distinctly different defect structures were observed at the atomistic as well as meso-scales. While no indication of dislocation lines was observed in 3 MeV helium irradiated samples, the boron and gold ions showed extensive dislocation line formation. The cluster shape depends on the PKA energy and the cluster density depends on the irradiation fluence. The depth profile analysis of the defects in the helium-irradiated samples showed extensive helium trapping throughout the implantation range. Significant sub-surface helium trapping is observed within 700 nm from the surface, indicating that they moved towards the surface from their mean implantation depth of 4500 nm. The study also shows a correlation between carbon and helium profiles in the samples.
イオン質量と一次 knock-on 原子（PKA）スペクトルが欠陥タイプ、構造、および欠陥生成効率に及ぼす役割に関する実験的調査を、陽電子消滅分光法、透過型電子顕微鏡、および二次イオン質量分析法を組み合わせたタングステンにおけるイオン照射実験で示す。再結晶タングステン箔を、室温で、同等のdpaおよび注入範囲となるMeVエネルギーの低質量（ヘリウム）、中質量（ホウ素）、および高質量（金）イオンを用いて照射した。イオン質量とPKAスペクトルに応じて、原子スケールおよびメソスケールの両方で明確に異なる欠陥構造が観察された。3 MeVヘリウム照射試料では転位線の兆候は観察されなかったが、ホウ素および金イオンでは広範な転位線形成が見られた。クラスター形状はPKAエネルギーに依存し、クラスター密度は照射フルエンスに依存する。ヘリウム照射試料における欠陥の深さプロファイル解析により、注入範囲全体にわたって広範なヘリウム捕捉が示された。表面から700 nm以内で顕著なサブサーフェスヘリウム捕捉が観察され、これはそれらが平均注入深さ4500 nmから表面に向かって移動したことを示している。また、この研究は試料中の炭素とヘリウムのプロファイル間の相関も示している。