AbstractThe hydrogen retention properties of a polycrystalline tungsten and tungsten irradiated by helium ions with an energy of 5 keV were examined by using an ECR ion irradiation apparatus and a technique of thermal desorption spectroscopy, TDS. The polycrystalline tungsten was irradiated at RT with energetic hydrogen ions, with a flux of 1015 H cm−2 s−1 and an energy of 1.7 keV up to a fluence of 5×1018 H cm−2. Subsequently, the amount of retained hydrogen was measured by TDS. The heating temperature was increased from RT to 1000°C, and the heating rate was 50°C min−1. Below 1000°C, two distinct hydrogen desorption peaks were observed at 200°C and 400°C. The retained amount of hydrogen was observed to be five times smaller than that of graphite, but the concentration in the implantation layer was comparable with that of graphite. Also, the polycrystalline tungsten was irradiated with 5 keV helium ions up to a fluence of 1.4×1018 He cm−2, and then re-irradiated with 1.7 keV hydrogen ions. The amount of retained hydrogen in this later experiment was close to the value in the case without prior helium ion irradiation. However, the amount of hydrogen which desorbed around the low temperature peak, 200°C, was largely enhanced. The desorption amount at 200°C saturated for the helium fluence of more than 5×1017 He cm−2. The present data shows that the trapping state of hydrogen is largely changed by the helium ion irradiation. Additionally, 5 keV helium ion irradiation was conducted on a sample pre-implanted with hydrogen ions to simulate a helium ion impact desorption of hydrogen retained in tungsten. The amount of the hydrogen was reduced as much as 50%.
多結晶タングステンおよび5 keVのエネルギーを有するヘリウムイオンを照射したタングステンの水素保持特性を、ECRイオン照射装置と昇温脱離分光法(TDS)の手法を用いて調べた。多結晶タングステンに、フラックス10¹⁵ H cm⁻² s⁻¹、エネルギー1.7 keVの高エネルギー水素イオンを、フルエンス5×10¹⁸ H cm⁻²まで室温で照射した。その後、保持された水素量をTDSにより測定した。加熱温度は室温から1000°Cまで上昇させ、昇温速度は50°C min⁻¹とした。1000°C以下では、200°Cと400°Cに2つの明確な水素脱離ピークが観察された。保持水素量は黒鉛の5分の1であることが観察されたが、注入層内の濃度は黒鉛と同等であった。また、多結晶タングステンに5 keVのヘリウムイオンをフルエンス1.4×10¹⁸ He cm⁻²まで照射し、その後1.7 keVの水素イオンを再照射した。この後者の実験における保持水素量は、事前のヘリウムイオン照射を行わない場合の値に近かった。しかしながら、200°Cの低温ピーク付近で脱離した水素量は大幅に増加した。200°Cでの脱離量は、ヘリウムフルエンスが5×10¹⁷ He cm⁻²以上で飽和した。本研究のデータは、水素の捕獲状態がヘリウムイオン照射によって大きく変化することを示している。さらに、タングステンに保持された水素のヘリウムイオン衝撃脱離を模擬するため、水素イオンを予め注入した試料に5 keVのヘリウムイオン照射を行った。水素量は最大50%減少した。