The surface morphology and deuterium retention were investigated of polycrystalline tungsten targets that were exposed to deuterium plasmas at widely varying conditions. By changing only one parameter at a time, the isolated effects of flux, time and pre-damaging on surface modifications and deuterium retention were studied. The sample exposed to low-flux plasma (1020 m−2s−1) is mostly smooth with only a few areas containing very large blisters (50–500 µm). The samples exposed to high-flux plasmas (1024 m−2s−1) show large numbers of smaller blisters (1–10 µm) and in addition even smaller protrusions (<750 nm). The size of the blisters and their density strongly increase with fluence. Pre-damaging tungsten with MeV ions leads to less blisters but to more protrusions. In addition to these (sub-)micrometer-sized structures, all samples show formation of nanostructures. Comparison of a low-flux and high-flux sample exposed to similar fluence showed that the variation in morphology is dominated by the flux differences. It is shown that the blisters and protrusions originate in inter- and intra-granular cavities, respectively. The depth of the cavities underneath the surface correlates well with the depth distributions of the retained deuterium. Trapping of significant amounts of deuterium therefore seems to take place in and/or close to these cavities and gives rise to an additional peak in the thermal desorption spectrum at 700 K.
多結晶タングステンターゲットの表面形態と重水素保持について、広範囲に異なる条件下での重水素プラズマ曝露により調査した。一度に一つのパラメータのみを変更することにより、フラックス、前照射損傷、および曝露時間が表面形態と重水素保持に及ぼす個別の影響を研究した。低フラックスプラズマ（1020 m−2s−1）に曝露した試料は、大部分が平滑であり、ごく一部の領域にのみ非常に大きなブリスター（50–500 µm）が観察された。高フラックスプラズマ（1024 m−2s−1）に曝露した試料では、より小さなブリスター（1–10 µm）が多数形成され、さらにそれよりも小さな突起（<750 nm）も観察された。ブリスターのサイズと密度はフルエンスの増加とともに強く増大した。MeVエネルギーのイオンによる前照射損傷は、ブリスター形成を抑制する一方で、微小突起の形成を促進した。さらに、これらの（サブ）マイクロメートルサイズの構造に加えて、すべての試料においてナノ構造の形成が観察された。同程度のフルエンスで曝露した低フラックス試料と高フラックス試料の比較から、形態の差異は主にフラックスの違いに起因することが示された。ブリスターは粒界に沿った空洞から、微小突起は粒内の空洞からそれぞれ発生することが明らかになった。表面下の空洞の深さ分布は、保持された重水素の深さ分布とよく相関していた。したがって、有意な量の重水素がこれらの空洞内および/またはその近傍に捕捉され、700 Kにおける熱脱離スペクトルに追加のピークをもたらすと考えられる。