Simulations of deuterium (D) atom exposure in self-damaged polycrystalline tungsten at 500 K and 600 K are performed using an evolution of the MHIMS (migration of hydrogen isotopes in materials) code in which a model to describe the interaction of D with the surface is implemented. The surface-energy barriers for both temperatures are determined analytically with a steady-state analysis. The desorption energy per D atom from the surface is 0.69 ± 0.02 eV at 500 K and 0.87 ± 0.03 eV at 600 K. These values are in good agreement with ab initio calculations as well as experimental determination of desorption energies. The absorption energy (from the surface to the bulk) is 1.33 ± 0.04 eV at 500 K, 1.55 ± 0.02 eV at 600 K when assuming that the resurfacing energy (from the bulk to the surface) is 0.2 eV. Thermal-desorption spectrometry data after D atom exposure at 500 K and isothermal desorption at 600 K after D atom exposure at 600 K can be reproduced quantitatively with three bulk-detrapping energies, namely 1.65 ± 0.01 eV, 1.85 ± 0.03 eV and 2.06 ± 0.04 eV, in addition to the intrinsic detrapping energies known for undamaged tungsten (0.85 eV and 1.00 eV). Thanks to analyses of the amount of traps during annealing at different temperatures and ab initio calculations, the 1.65 eV detrapping energy is attributed to jogged dislocations and the 1.85 eV detrapping energy is attributed to dislocation loops. Finally, the 2.06 eV detrapping energy is attributed to D trapping in cavities based on literature reporting observations on the growth of cavities, even though this could also be understood as D desorbing from the C-D bond in the case of hydrocarbon contamination in the experimental sample.
自己損傷した多結晶タングステンにおける重水素（D）原子の曝露のシミュレーションを、500 Kおよび600 Kで実施した。このシミュレーションには、材料中の水素同位体の移行（MHIMS）コードの改良版を用い、Dと表面との相互作用を記述するモデルを実装した。両温度における表面エネルギー障壁は、定常状態解析により解析的に決定した。表面からのD原子の脱離エネルギーは、500 Kで0.69±0.02 eV、600 Kで0.87±0.03 eVであった。これらの値は、第一原理計算および実験による脱離エネルギーの決定とよく一致している。表面からバルクへの吸収エネルギーは、バルクから表面への再出現エネルギーを0.2 eVと仮定した場合、500 Kで1.33±0.04 eV、600 Kで1.55±0.02 eVである。500 KでのD原子曝露後の昇温脱離スペクトルと、600 KでのD原子曝露後の等温脱離データは、既知の非損傷タングステンの脱離トラップエネルギー（0.85 eVおよび1.00 eV）に加えて、3つのバルク脱トラップエネルギー、すなわち1.65±0.01 eV、1.85±0.03 eV、2.06±0.04 eVを用いることで定量的に再現できる。異なる温度でのアニーリング中のトラップ量の解析と第一原理計算により、1.65 eVの脱トラップエネルギーは転位ジョグに、1.85 eVの脱トラップエネルギーは転位ループに帰属される。最後に、2.06 eVの脱トラップエネルギーは、実験試料中の炭化水素汚染に起因するC-D結合からのD脱離としても解釈可能であるが、空洞の成長に関する文献報告に基づき、Dの空洞内トラップに帰属される。