This study demonstrates that Raman microscopy is a suitable technique for future post mortem analyses of JET and ITER plasma facing components. We focus here on laboratory deposited and bombarded samples of beryllium and beryllium carbides and start to build a reference spectral databases for fusion relevant beryllium-based materials. We identified the beryllium phonon density of states, its second harmonic and E2G and B2G second harmonic and combination modes for defective beryllium in the spectral range 300–700 and 700–1300 cm−1, lying close to Be–D modes of beryllium hydrides. We also identified beryllium carbide signature, Be2C, combining Raman microscopy and DFT calculation. We have shown that, depending on the optical constants of the material probed, in depth sensitivity at the nanometer scale can be performed using different wavelengths. This way, we demonstrate that multi-wavelength Raman microscopy is sensitive to in-depth stress caused by ion implantation (down to ≈30 nm under the surface for Be) and Be/C concentration (down to 400 nm or more under the surface for Be+C), which is a main contribution of this work. The depth resolution reached can then be adapted for studying the supersaturated surface layer found on tokamak deposits.
本研究は、ラマン顕微鏡がJETおよびITERのプラズマ対向機器の将来の死後分析に適した技術であることを実証する。ここでは、実験室で堆積および照射されたベリリウムおよびベリリウム炭化物の試料に焦点を当て、核融合関連のベリリウム系材料の参照スペクトルデータベースの構築を開始する。我々は、欠陥ベリリウムについて、スペクトル範囲300–700および700–1300 cm−1におけるベリリウムのフォノン状態密度、その二次高調波、ならびにE2GおよびB2Gの二次高調波と結合モードを同定した。これらはベリリウム水素化物のBe–Dモードの近くに位置する。また、ラマン顕微鏡とDFT計算を組み合わせることにより、ベリリウム炭化物のシグネチャーであるBe2Cを同定した。我々は、調査対象の材料の光学定数に応じて、異なる波長を用いることでナノメートルスケールの深さ感度が達成できることを示した。このようにして、多波長ラマン顕微鏡が、イオン注入によって引き起こされる深さ方向の応力（Beの場合、表面下約30 nmまで）およびBe/C濃度（Be+Cの場合、表面下400 nm以上まで）に感度を持つことを実証する。これは本研究の主な貢献である。達成された深さ分解能は、トカマク堆積物に見られる過飽和表面層の研究に適用することができる。