For the purposes of long-term use of tungsten divertor walls, the formation process of the fuzzy tungsten nanostructure induced by exposure to the helium plasma was studied. In the present paper, the fuzzy nanostructure's formation has been successfully reproduced by the new hybrid simulation method in which the deformation of the tungsten material due to pressure of the helium bubbles was simulated by the molecular dynamics and the diffusion of the helium atoms was simulated by the random walk based on the Monte Carlo method. By the simulation results, the surface height of the fuzzy nanostructure increased only when helium retention was under the steady state. It was proven that the growth of the fuzzy nanostructure was brought about by bursting of the helium bubbles. Moreover, we suggest the following key formation mechanisms of the fuzzy nanostructure: (1) lifting in which the surface lifted up by the helium bubble changes into a convexity, (2) bursting by which the region of the helium bubble changes into a concavity, and (3) the difference of the probability of helium retention by which the helium bubbles tend to appear under the concavity. Consequently, the convex-concave surface structure was enhanced and grew to create the fuzzy nanostructure.
タングステンダイバータ壁の長期使用を目的として、ヘリウムプラズマへの曝露によって誘起されるファジー状タングステンナノ構造の形成過程を研究した。本論文では、ヘリウムバブルの圧力によるタングステン材料の変形を分子動力学法でシミュレーションし、ヘリウム原子の拡散をモンテカルロ法に基づくランダムウォークでシミュレーションする新しいハイブリッドシミュレーション法により、ファジー状ナノ構造の形成を再現することに成功した。シミュレーション結果により、ファジー状ナノ構造の表面高さは、ヘリウムの保持が定常状態にある場合にのみ増加した。ファジー状ナノ構造の成長は、ヘリウムバブルの破裂によって引き起こされることが証明された。さらに、ファジー状ナノ構造の形成メカニズムとして以下のものを提案する：(1) ヘリウムバブルによって持ち上げられた表面が凸部に変化するリフティング、(2) ヘリウムバブルの領域が凹部に変化するバースト、(3) 凹部の下にヘリウムバブルが出現しやすいヘリウム保持確率の差異。その結果、凸凹表面構造が増強され、成長してファジー状ナノ構造が形成された。