Understanding helium (He) plasma-induced tungsten (W) surface modifications and the effect of irradiation defects on He plasma-induced W surface modifications under a real divertor environment are important for the operation of fusion reactors. In this study, two iron (Fe) ions pre-irradiated in W samples with dislocation loops and voids, and two unirradiated W samples were exposed to He plasma at the divertor leg position of the Large Helical Device. The gross erosion rate is 1.0 × 1020 atoms m−2 s−1, 1.0 × 1020 atoms m−2 s−1, 9.3 × 1019 atoms m−2 s−1 and 7.4 × 1019 atoms m−2 s−1 for W9, W10, W11 and W12, respectively. The surface of each sample after the exposure was different at the strike point and the two regions on either side of the strike point, the scrape-off layer (SOL) region and the private region. The typical He plasma-induced structures in the SOL region are stripe structure, sawtooth structure and non-undulating structure, which are collectively called He-structures in the present study. At the strike point, the typical He plasma-induced structures are dense W protrusions. In the private flux region, the typical He plasma-induced structures are semi-formed He-structures. The formation of these structures is dependent on the grain orientation. Pinholes were observed in these structures. No significant difference in He plasma-induced structures is found between the pre-irradiated W and the unirradiated W. The formation of non-undulating structure and stripe structure is discussed based on the observed semi-formed He-structures.
ヘリウム(He)プラズマ誘起タングステン(W)表面改質を理解すること、および実ダイバータ環境下での照射欠陥がHeプラズマ誘起W表面改質に及ぼす影響を理解することは、核融合炉の運転にとって重要である。本研究では、転位ループとボイドを有するW試料に鉄(Fe)イオンを予備照射した2試料と、未照射の2つのW試料を、大型ヘリカル装置のダイバータ脚部位置でHeプラズマに曝露した。グロスエロージョン速度は、W9、W10、W11、W12についてそれぞれ1.0 × 10^20 atoms m−2 s−1、1.0 × 10^20 atoms m−2 s−1、9.3 × 10^19 atoms m−2 s−1、7.4 × 10^19 atoms m−2 s−1であった。曝露後の各試料の表面は、ストライクポイントと、その両側の2つの領域、すなわちスクレイプオフ層(SOL)領域およびプライベート領域で異なっていた。SOL領域における典型的なHeプラズマ誘起構造は、ストライプ構造、ノコギリ歯構造、および非起伏構造であり、本研究ではこれらを総称してHe構造と呼ぶ。ストライクポイントでは、典型的なHeプラズマ誘起構造は密なW突起である。プライベートフラックス領域では、典型的なHeプラズマ誘起構造は半形成He構造である。これらの構造の形成は結晶粒方位に依存する。これらの構造にはピンホールが観察された。予備照射Wと未照射Wの間には、Heプラズマ誘起構造に有意な差は見られなかった。非起伏構造とストライプ構造の形成について、観察された半形成He構造に基づいて議論する。