Low-energy, high-flux He exposure to tungsten (W) surface leads to the formation of surface nanostructures and severe morphological changes, which may eventually erode the W divertor and threaten the operation of the reactor. In this study, the response of polycrystalline W under low-energy He+ irradiation at different temperatures has been investigated in order to analyze the early stage of nanostructure formation. It is found that the interactions of high-density over-pressured He bubbles result in the formation of surface stress layers. The significant effect of temperature on the surface stress leads to differences in the incubation dose of W fuzz growth. The interaction between the planar network and the underlying W matrix is weak under surface stress, and the W fuzz grows on the surface once the stress reaches a threshold. Thereafter, tensile stress-driven cracking causes the 3D growth of W nanofibers.
低エネルギー・高フラックスのHe照射によるタングステン（W）表面への曝露は、表面ナノ構造の形成と深刻な形態変化を引き起こし、最終的にはWダイバータを損耗させ、炉の運転を脅かす可能性がある。本研究では、低エネルギーHe+照射下における多結晶Wの応答を異なる温度条件下で調査し、ナノ構造形成の初期段階を分析した。その結果、高密度の過圧Heバブル間の相互作用が表面応力層の形成を引き起こすことが明らかになった。温度は表面応力に顕著な影響を及ぼし、その結果としてWファズ成長の潜伏線量に差異が生じることが示された。表面応力下では、平面状ネットワークと下地のWマトリックス間の結合は弱く、応力が閾値に達するとWファズが表面で成長を開始する。その後、引張応力駆動による亀裂発生を経て、Wナノファイバーの三次元成長が進行する。