We performed a systematic study of the deuterium retention in the tungsten heavy alloy W-2Ni-1Fe (HPM 1850 from HC Starck, Germany). Consisting of two different phases with generally two distinctly different heats of solution, such alloys represent a special class of materials with respect to hydrogen isotope transport and retention. Deuterium was implanted from a plasma with an energy of 38 eV D−1 at sample temperatures of 100 °C, 175 °C, and 250 °C in the fluence range 1023 D m−2 to 4 × 1025 D m−2. For each combination of implantation temperature and fluence, two alloy samples were exposed together with one sample of bulk hot-rolled tungsten (from Plansee SE). The amount of retained deuterium was determined by thermal desorption with heating up to 850 °C for the alloy and 1050 °C for the bulk tungsten. The outgassed deuterium was detected by mass spectroscopy at the mass channels 3, 4, 19, and 20 corresponding to HD, D2, HDO, and D2O, respectively. The near-surface deuterium concentration was determined by 3He nuclear reaction analysis. The retention in the alloy as compared to the bulk tungsten decreases systematically with increasing implantation fluence for each of the investigated implantation temperatures. For the higher fluences the ratio decreases systematically also, as a function of implantation temperature. This means that especially for high implantation fluences and temperatures the alloy HPM 1850 systematically retains less hydrogen isotopes than bulk tungsten. This property represents an important qualification criterion as a plasma-facing material for a future fusion reactor.
我々は、タングステン重合金W-2Ni-1Fe（ドイツ、HC Starck社製HPM 1850）における重水素保持の系統的研究を行った。2つの異なる相から構成され、それぞれが明確に異なる溶解熱を有するため、このような合金は、水素同位体の輸送および保持に関して特殊な材料クラスを代表するものである。重水素は、試料温度100 °C、175 °C、250 °Cにおいて、38 eV D⁻¹のエネルギーでプラズマから注入された。注入フルエンス範囲は10²³ D m⁻²から4 × 10²⁵ D m⁻²であった。各注入温度とフルエンスの組み合わせについて、2つの合金試料を、オーストリア、Plansee SE社製のバルク圧延タングステン試料1つとともに曝露した。保持された重水素量は、合金については850 °Cまで、バルクタングステンについては1050 °Cまでの加熱による熱脱離によって決定された。脱離した重水素は、質量チャンネル3、4、19、20において質量分析により検出され、それぞれHD、D₂、HDO、D₂Oに対応した。近表面の重水素濃度は、³He核反応分析によって決定された。バルクタングステンと比較した合金中の保持量は、調査した各注入温度において、注入フルエンスの増加に伴って系統的に減少した。より高いフルエンスでは、その比は注入温度の関数としても系統的に減少した。これは、特に高い注入フルエンスと温度において、合金HPM 1850がバルクタングステンよりも系統的に少ない水素同位体を保持することを意味する。この特性は、将来の核融合炉におけるプラズマ対向材料としての重要な適合基準を表すものである。