Neon (Ne) seeding is essential in ITER to mitigate divertor heat loads, but it significantly influences plasma-surface interactions and fuel retention in tungsten (W). Moreover, transient heat loads (THLs) from edge-localized modes (ELMs) further alter surface morphology and fuel retention behavior. This work investigates the combined effects of Ne seeding and ELM-like THLs on surface modification and deuterium (D) retention in rolled W. Experiments were carried out in the linear plasma device PSI-2 using pure D plasma and D + 10% Ne plasma at 500 K, with an ion energy of 40 eV, and a fluence of 1 × 1026 D m−2. Transient loads were applied using a pulsed laser (1 ms, 0.76 GW m−2, 1000 cycles), either successively or simultaneously with plasma exposure. For plasma-only exposures, Ne seeding caused pronounced erosion and fine cracks on blister caps, resulting in approximately 32% lower total D retention compared with pure D plasma. THLs generated temperature and stress fields, thereby causing surface roughening and dynamic recrystallization, as well as increasing D retention in both the near-surface (< 4 µm) and deeper regions. When combined with Ne seeding, the effects depended on the loading sequence. With sequential THLs followed by plasma exposure, Ne seeding reduced the near-surface and total D retention by about 44% and 27%, respectively, compared with the corresponding D-only condition. In contrast, under simultaneous THL + plasma exposure, Ne seeding increased near-surface and total D retention by approximately 62% and 16%, respectively, and produced an additional broad D release peak at around 1200 K. This peak could be attributed to the formation of high-binding-energy Ne-vacancy complexes (Nei-V complexes) induced by the synergistic interaction of Ne seeding and transient heat loading. These results demonstrate that both impurity seeding and THLs critically determine D retention behavior, emphasizing the importance of accounting for their synergistic effects when predicting fuel retention and optimizing operation scenarios in future fusion devices.
ITERにおけるダイバータ熱負荷の緩和にはネオン（Ne）シーディングが不可欠であるが、これはタングステン（W）におけるプラズマ–表面相互作用や燃料保持に大きな影響を及ぼす。さらに、周辺局在モード（ELM）に起因する過渡熱負荷（THL）は、表面形態や燃料保持挙動をさらに変化させる。本研究では、圧延Wにおける表面改質と重水素（D）保持に対するNeシーディングとELM様THLの複合効果を調査した。実験は線形プラズマ装置PSI-2において、純DプラズマおよびD＋10% Neプラズマを用いて、500 K、イオンエネルギー40 eV、フルエンス1 × 10²⁶ D m⁻²の条件下で実施した。過渡負荷はパルスレーザー（1 ms、0.76 GW m⁻²、1000サイクル）を用いて、プラズマ曝露と逐次的または同時に適用した。プラズマのみの曝露では、Neシーディングによりブリスターキャップ上に顕著な侵食と微細な亀裂が生じ、純Dプラズマと比較して総D保持量が約32%低下した。THLは温度場と応力場を生成し、それにより表面粗面化と動的再結晶を引き起こすとともに、近表面（< 4 µm）およびより深い領域の両方でD保持を増加させた。Neシーディングと組み合わせた場合、その効果は負荷の順序に依存した。逐次THLの後にプラズマ曝露を行った場合、Neシーディングにより、対応するDのみの条件と比較して、近表面および総D保持量がそれぞれ約44%および27%減少した。対照的に、THL＋プラズマ同時曝露下では、Neシーディングにより近表面および総D保持量がそれぞれ約62%および16%増加し、さらに約1200 K付近に追加の広範なD放出ピークが生じた。このピークは、Neシーディングと過渡熱負荷の相乗的相互作用によって誘起された高結合エネルギーのNe-空孔複合体（Neᵢ-V複合体）の形成に起因する可能性がある。これらの結果は、不純物シーディングとTHLの両方がD保持挙動を決定的に決定することを示しており、将来の核融合装置における燃料保持の予測および運転シナリオの最適化において、それらの相乗効果を考慮することの重要性を強調するものである。