High-energy charge-exchange particles bombarding the plasma-facing wall may cause not only surface sputtering but also damage the materials inside due to their rather high energy. In the case of burning plasma, we should take into account the effects of helium because it is well known that helium atoms have much stronger effects on material damage than hydrogen atoms. In this paper, therefore, microscopic damage of metals exposed to long pulse discharges of helium plasma in TRIAM-1M was studied and the impact on the hydrogen recycling process was discussed by comparing it with helium ion irradiation experiments. Considerably larger amounts of dislocation loops and very dense fine bubbles were formed by the irradiation of rather low-energy charge-exchange neutrals of helium. According to the irradiation experiments with low-energy helium ions, formation of dense helium bubbles drastically enhances hydrogen trapping and makes the desorption difficult. These results indicate that the hydrogen recycling phenomenon during the burning plasma discharge must be quite different from that of the hydrogen plasma discharge experiments.
高エネルギー荷電交換粒子がプラズマ対向壁に衝突すると、表面スパッタリングだけでなく、そのかなり高いエネルギーにより材料内部にも損傷を引き起こす可能性がある。燃焼プラズマの場合、ヘリウムの効果を考慮する必要がある。なぜなら、ヘリウム原子が材料損傷に及ぼす影響は水素原子よりもはるかに強いことがよく知られているからである。そこで本論文では、TRIAM-1Mにおける長時間パルス放電のヘリウムプラズマに曝露された金属の微視的損傷を研究し、ヘリウムイオン照射実験と比較することにより、水素リサイクリング過程への影響を考察した。その結果、低エネルギー荷電交換ヘリウム粒子の照射により、転位ループがかなり多く形成され、非常に高密度の微細バブルが生成されることが明らかになった。低エネルギーヘリウムイオン照射実験によれば、高密度ヘリウムバブルの形成は水素捕捉を大幅に促進し、水素放出を困難にすることが示された。これらの結果は、燃焼プラズマ放電中の水素リサイクリング現象が、水素プラズマ放電実験の場合とはかなり異なることを示唆している。