Microstructural changes due to displacement damage and helium desorption are two phenomena that occur in tungsten plasma facing materials in fusion reactors. Nanocrystalline metals are being investigated as radiation tolerant materials that can mitigate these microstructural changes and better trap helium along their grain boundaries. Here, we investigate the performance of three tungsten grades (nanocrystalline, ultrafine and ITER grade tungsten), exposed to a high fluence of 4 keV helium at both RT and 773 K, during a thermal desorption spectroscopy (TDS) experiment. An investigation of the microstructure in pre-and post-TDS sample sets was performed. The amount of desorbed helium was shown to be highest in the ITER grade tungsten and lowest in the nanocrystalline tungsten. Correlating the desorption spectra and the microstructure (grain boundaries decorated with nanopores and crack formation) and comparing with previous literature on coarse grained tungsten samples at similar irradiation and TDS conditions, revealed the importance of grain boundaries in trapping helium and limiting helium desorption up to a high temperature of 1350 K in agreement with transmission electron microscopy studies on helium irradiated tungsten which showed preferential and large facetted bubble formation along the grain boundaries in the nanocrystalline tungsten grade.
変位損傷による微細構造変化とヘリウム脱離は、核融合炉におけるタングステン製プラズマ対向材料で発生する2つの現象である。ナノ結晶金属は、これらの微細構造変化を緩和し、粒界にヘリウムをより効果的に捕捉できる放射線耐性材料として研究されている。ここでは、3種類のタングステン材（ナノ結晶、超微細粒、ITERグレードタングステン）について、4 keVヘリウムを室温および773 Kで高フルエンス照射した後、熱脱離分光法（TDS）実験による性能評価を行った。TDS前後の試料群における微細構造の調査も実施した。脱離したヘリウム量はITERグレードタングステンで最も多く、ナノ結晶タングステンで最も少なかった。脱離スペクトルと微細構造（ナノ細孔で装飾された粒界および亀裂形成）の相関関係、ならびに同様の照射およびTDS条件下での粗粒タングステン試料に関する既存文献との比較から、粒界がヘリウムの捕捉において重要であり、1350 Kまでの高温でのヘリウム脱離を抑制することが明らかとなった。これは、ナノ結晶タングステングレードにおいて、ヘリウム照射タングステンの透過電子顕微鏡観察で確認された、粒界に沿った大規模かつ優先的なバブル形成と一致する結果である。