The influence of the transmutation element rhenium (Re) on defect evolution in tungsten (W) during irradiations with heavy ions and deuterium (D) plasma was investigated. Rolled W and W–5Re alloy (Re concentration 5 wt.%) were irradiated with 500 keV iron ions to 0.06 and 0.6 dpa (displacement per atom), and deuterium plasma at 38 eV/D to a fluence of 2.2 × 1025 D m−2 at ∼373 K. The results of Doppler broadening spectroscopy by the positron annihilation technique indicate that more or larger vacancy-type defects were produced in W than in the W–5Re during Fe ion irradiation, suggesting the important role of Re on inhibiting the migration and/or clustering of vacancies. The much smaller and shallower blistering in W–5Re than in W after the same D plasma exposure points to the pinning effects on dislocations by Re. The total retained D amounts in W–5Re and W materials are comparable, but with very different concentration profile at corresponding depth. This is explained by the blister formation exerting influence on the D inward diffusion. Demonstrating the important role of Re on the defect evolution in W under irradiation, the present work provides an enhanced understanding on the possible effects of neutron irradiation on the performance of plasma-facing materials in future fusion devices.
転移元素レニウム（Re）がタングステン（W）中の欠陥進展に及ぼす影響を、重イオンおよび重水素（D）プラズマ照射下で調査した。圧延WおよびW-5Re合金（Re濃度5 wt.%）に、500 keVの鉄イオンを0.06および0.6 dpa（変位あたりの原子数）まで照射し、さらに38 eV/Dの重水素プラズマを2.2 × 10²⁵ D m⁻²のフルエンスで約373 Kにおいて照射した。陽電子消滅法によるドップラー広がり分光の結果は、鉄イオン照射中にW-5ReよりもWにおいて、より多くのまたはより大きな空孔型欠陥が生成されたことを示し、Reが空孔の移動および/またはクラスタリングを抑制する重要な役割を果たすことを示唆している。同じ重水素プラズマ曝露後、W-5ReではWよりも著しく小さく浅いブリスターが形成され、これはReが転位に対するピン止め効果を持つことを示している。W-5ReとWにおける全保持重水素量は同等であったが、対応する深さにおける濃度プロファイルは大きく異なっていた。これは、ブリスター形成が重水素の内部への拡散に影響を及ぼすことで説明される。本研究成果は、照射下でのW中の欠陥進展におけるReの重要な役割を実証し、将来の核融合装置におけるプラズマ対向材料の性能に対する中性子照射の影響についての理解を深めるものである。