Measurements are conducted to identify the motion of tungsten and helium atoms during the formation of tungsten fuzz. In a first series of experiments the mobility of helium within the growing fuzz was measured by adding 3He to the different stages of plasma exposure under conditions that promoted tungsten fuzz growth. Ion beam analysis was used to quantify the amount of 3He remaining in the samples following the plasma exposure. The results indicate that the retention of helium in bubbles within tungsten is a dynamic process with direct implantation rather than diffusion into the bubbles, best describing the motion of the helium atoms. In the second experiment, an isotopically enriched layer of tungsten (~92.99% 182W) is deposited on the surface of a bulk tungsten sample with the natural abundance of the isotopes. This sample is then exposed to helium plasma at the conditions necessary to support the formation of tungsten 'fuzz'. Depth profiles of the concentration of each of the tungsten isotopes are obtained using secondary ion mass spectrometry (SIMS) before and after the plasma exposure. The depth profiles clearly show mixing of tungsten atoms from the bulk sample toward the surface of the fuzz. This supports a physical picture of the dynamic behavior of helium bubbles which, also, causes an enhanced mixing of tungsten atoms.
タングステンファズの形成中におけるタングステン原子とヘリウム原子の動きを特定するために測定を実施した。最初の一連の実験では、タングステンファズの成長を促進する条件下で、異なるプラズマ曝露段階に³Heを添加することにより、成長中のファズ内でのヘリウムの移動度を測定した。イオンビーム分析を用いて、プラズマ曝露後の試料中に残存する³Heの量を定量した。その結果、タングステン中のバブル内へのヘリウムの保持は動的プロセスであり、バブルへの直接注入が拡散ではなくヘリウム原子の動きを最もよく説明することが示された。2番目の実験では、天然同位体存在度のバルクタングステン試料の表面に、同位体濃縮されたタングステン層（約92.99%の¹⁸²W）を堆積させた。この試料を、タングステンファズの形成に必要な条件下でヘリウムプラズマに曝露した。二次イオン質量分析法（SIMS）を用いて、プラズマ曝露前後における各タングステン同位体の深さ方向濃度分布を取得した。深さ方向の濃度分布は、バルク試料からのタングステン原子がファズ表面に向かって混合することを明確に示した。これは、タングステン原子の強化された混合も引き起こすヘリウムバブルの動的挙動という物理的描像を支持するものである。