The transport behavior of hydrogen isotopes through tungsten (W) is a critical factor for the safety and economics of fusion reactors. This study investigates the impact of intense helium (He) plasma irradiation on the deuterium (D) transport characteristics in W. High-flux He plasma irradiation was utilized to induce a nanoscale fuzz structure on the W surface. The effects of this structure on the permeation and retention of D were subsequently examined using plasma-driven permeation (PDP) and thermal desorption spectroscopy (TDS). The TDS results reveal that the presence of fuzz significantly enhances D retention due to an increased density of trapping sites introduced by surface nanostructure and He bubble formation. In contrast, PDP results indicate only a slight reduction in the steady-state permeation flux. Moreover, comparative analysis between the first and second PDP cycles demonstrates a more substantial increase in the apparent diffusion coefficient for fuzz samples, indicating the formation of a higher density of irreversible traps. These findings suggest that while the fuzz structure acts as an effective near-surface reservoir for hydrogen isotopes, it has limited influence on long-term permeation behavior, which remains governed by bulk diffusion and reversible trapping mechanisms.
水素同位体のタングステン（W）中での輸送挙動は、核融合炉の安全性と経済性にとって重要な因子である。本研究では、W中の重水素（D）輸送特性に対する高強度ヘリウム（He）プラズマ照射の影響を調査する。高フラックスHeプラズマ照射を用いて、W表面にナノスケールのファズ構造を誘起した。この構造がDの透過および保持に及ぼす影響を、その後、プラズマ駆動透過（PDP）法および昇温脱離分光（TDS）法を用いて調べた。TDS結果は、ファズの存在がD保持を有意に増大させることを示している。これは、表面ナノ構造およびHeバブル形成によって導入されるトラップサイト密度の増加によるものである。対照的に、PDP結果は定常状態の透過フラックスのわずかな減少のみを示す。さらに、第1回目と第2回目のPDPサイクルの比較解析は、ファズ試料における見かけの拡散係数のより顕著な増加を示しており、より高密度の不可逆トラップの形成を示唆している。これらの知見は、ファズ構造が水素同位体の効果的な表面近傍リザーバーとして機能する一方で、長期的な透過挙動への影響は限定的であり、その透過挙動はバルク拡散と可逆的なトラップ機構によって支配され続けることを示唆している。