The presence of a plasma-implanted helium nanobubble layer significantly reduces deuterium (D) retention in undamaged commercial ITER grade tungsten (W). In this paper, we show evidence that this phenomenon can survive displacement damage. A He plasma exposure (sample temperature 643 K, ion flux 1022 m−2 s−1 at 100 eV, fluence 1025 m−2) pre-treatment was performed to create a thin He nanobubble layer in the first ~15 nm of ITER grade W samples. Samples were then irradiated by 5 MeV Cu ions at room temperature to create 0.001 to 0.1 dpa with peak damage rates occurring about 860 nm below the sample surface. Samples without He plasma exposure pre-treatment were also irradiated by 5 MeV Cu ions to provide a controlled baseline. All samples were subsequently exposed to D plasma at 373 K to a fluence of 1024 m−2. Nuclear reaction analysis results show that across a range of peak dpa ranging from 0.001 to 0.1 dpa, D retention inventory in the samples with He plasma exposure pre-treatment is reduced by a factor of two compared to samples without He plasma exposure pre-treatment. Transmission electron microscopy directly showed a surviving nanobubble layer after 0.1 dpa damage. However, the thickness of the bubble layer appears to have been reduced. The results suggest that the plasma-implanted He nanobubble layer can survive radiation damage and still function to reduce D diffusion and retention in tungsten-based plasma facing components.
プラズマ注入されたヘリウムナノバブル層の存在は、損傷を受けていない市販のITERグレードタングステン（W）における重水素（D）の保持を大幅に低減する。本論文では、この現象が変位損傷後も生存し得ることを示す証拠を提示する。Heプラズマ曝露（試料温度643 K、イオンフラックス1022 m−2 s−1、エネルギー100 eV、フルエンス1025 m−2）による前処理を施し、ITERグレードW試料の最表面約15 nmに薄いHeナノバブル層を作製した。その後、試料に5 MeVのCuイオンを室温で照射し、試料表面下約860 nmをピークとする0.001〜0.1 dpaの変位損傷を導入した。Heプラズマ曝露による前処理を施さない試料にも同様に5 MeVのCuイオンを照射し、対照基準（ベースライン）とした。すべての試料はその後、373 KでDプラズマにフルエンス1024 m−2まで曝露した。核反応分析の結果、0.001〜0.1 dpaのピーク損傷範囲において、Heプラズマ曝露による前処理を施した試料のD保持量は、前処理を施さない試料と比較して2分の1に低減された。透過型電子顕微鏡観察により、0.1 dpaの損傷後もナノバブル層が生存していることが直接確認された。ただし、バブル層の厚さは減少したように見える。これらの結果は、プラズマ注入されたHeナノバブル層が変位損傷後も生存し、タングステン製プラズマ対向材料におけるDの拡散と保持を低減する機能を維持し得ることを示唆している。