The effects of helium (He) irradiation on tungsten (W) surfaces have been of intense interest for plasma-facing materials research in nuclear fusion. This study explores the synergistic effects of rhenium (Re) alloying and ion channeling on irradiation blistering in W under 30 keV He ion exposure. Using in situ helium ion microscopy, coupled with electron backscatter diffraction and cross-sectional transmission electron microscopy, we have examined the morphological evolution of both channeling and non-channeling grains in pure W and W–25Re (atomic %). The findings show that crystallographic orientation primarily dictates the pathways of He implantation and accumulation, while Re alloying alters the material’s mechanical properties and He–vacancy interactions. Channeling grains in pure W demonstrate larger surface blisters and deeper subsurface bubbles and cracks. By comparison, while the addition of Re tends to reduce the He implantation range, it simultaneously promotes blistering deformation through enhanced plasticity. Consequently, the synergistic effects of ion channeling and Re alloying leads to the formation of the largest blisters in the channeling grains of W–25Re, offering new insights into the performance of W-based materials in fusion environments.
ヘリウム（He）照射がタングステン（W）表面に及ぼす影響は、核融合におけるプラズマ対向材料の研究において強い関心の対象となっている。本研究では、30 keVのHeイオン照射下におけるWの照射ブリスター形成に対する、レニウム（Re）合金化とイオンチャネリングの相乗効果を調査した。その場ヘリウムイオン顕微鏡を、電子後方散乱回折および断面透過電子顕微鏡と組み合わせて用いることにより、純WおよびW–25Re（原子％）におけるチャネリング粒と非チャネリング粒の両方の形態発展を観察した。その結果、結晶学的配向がHeの注入経路と蓄積の主要な決定要因である一方、Re合金化は材料の機械的特性とHe–空孔相互作用を変化させることが示された。純Wのチャネリング粒では、より大きな表面ブリスターと、より深い位置でのサブサーフェス気泡および亀裂が観察された。一方、Reの添加はHeの注入深さを減少させる傾向があるものの、同時に塑性の向上を通じてブリスター変形を促進する。その結果、イオンチャネリングとRe合金化の相乗効果により、W–25Reのチャネリング粒において最大のブリスターが形成され、核融合環境におけるW系材料の性能に関する新たな知見が得られた。