Nanochannel tungsten (W) film is a promising candidate as an alternative to bulk W for use in fusion applications. In previous work it has been shown to have good radiation resistance under helium (He) irradiation. To further understand the influence of the irradiation-induced displacement cascade damage on helium retention behaviour in a fusion environment, in this work, nanochannel W film and bulk W were pre-irradiated by 800 keV Kr2+ ions to the fluence of 2.6 × 1015 ions cm−2 and subsequently irradiated by 40 keV He+ ions to the fluence of 5 × 1017 ions cm−2. The Kr2+ ion pre-irradiation greatly increases helium retention in the form of small clusters and retards the formation of large clusters. It can effectively inhibit surface helium blistering under high temperature annealing. Compared with bulk W, no cracks were found in the nanochannel W film post-irradiated by He+ ions at high fluence. The release of helium from the nanochannel W film is more than one order of magnitude higher than that of bulk W whether they are irradiated by single He+ ions or sequentially irradiated by Kr2+ and He+ ions. Moreover, swelling of the bulk W is more serious than that of the nanochannel film. Therefore, nanochannel W film has a higher radiation tolerance performance in the synergistic irradiation.
ナノチャネルタングステン（W）薄膜は、バルクWの代替材料として核融合応用における有力な候補である。これまでの研究では、ヘリウム（He）照射下での優れた耐放射線性が示されている。核融合環境における照射誘起変位カスケード損傷がヘリウム保持挙動に及ぼす影響をさらに理解するため、本研究では、ナノチャネルW薄膜とバルクWに、まず800 keVのKr²⁺イオンを2.6 × 10¹⁵ ions cm⁻²のフルエンスで予備照射し、その後40 keVのHe⁺イオンを5 × 10¹⁷ ions cm⁻²のフルエンスで照射した。Kr²⁺イオンの予備照射は、小さなヘリウムクラスターの形態でのヘリウム保持を大幅に増加させ、大きなクラスターの形成を抑制することが明らかになった。さらに、高温アニーリング条件下での表面ヘリウムブリスターの形成を効果的に抑制できることが示された。バルクWと比較して、ナノチャネルW薄膜では、高フルエンスのHe⁺イオン照射後においてもクラックの発生は観察されなかった。He⁺イオンの単独照射およびKr²⁺イオンとの逐次照射のいずれの場合においても、ナノチャネルW薄膜からのヘリウム放出量はバルクWよりも1桁以上高い値を示した。さらに、バルクWのスエリング（膨張）はナノチャネル薄膜よりも顕著であった。これらの結果から、ナノチャネルW薄膜は相乗照射条件下において優れた耐放射線性能を有することが結論づけられる。