Polished F82H steel samples were exposed to He plasmas with an ion incident energy of ~80 eV at 773–873 K to three central exposure fluences: 6 × 1024, 1 × 1025 and 4 × 1025 He m−2. Pinholes with diameters less than 70 nm are densely distributed on all exposed samples, resulting from the formation and bursting of blisters. Further, tendril-like features in maze-like patterns on the top of terrace-like ridges are visible for the sample exposed to 4 × 1025 He m−2 in the beam center. EDS indicates that the tendrils are tungsten enriched. Voids with different sizes and shapes with a depth up to 3.5 µm are observed across the sample exposed to 1 × 1025 He m−2. Over the area exposed to a fluence of up to 2 × 1024 He m−2, variations of wavy morphology and blisters are also observed, which could correlate with the crystallographic orientation at the surface. These He pre-exposed F82H steel samples were subsequently subjected to the conditions near the plasma edge in the EAST tokamak for 367 D plasma pulses of varied durations. It is found that the tendril-like features are partially destroyed by these plasma exposures. These results suggest that the properties of the material likely undergo substantial changes due to expected plasma exposure in a tokamak environment. The bursting of blisters and erosion of W-enriched tendrils would introduce additional impurities that could negatively influence the operation of a fusion device.
研磨したF82H鋼試料を、イオン入射エネルギー約80 eV、773～873 KのHeプラズマに、3つの中心照射フルエンス、すなわち6×10^24、1×10^25、4×10^25 He m^−2まで曝露した。直径70 nm未満のピンホールが、曝露したすべての試料に高密度に分布しており、これはブリスタの形成と破裂に起因する。さらに、ビーム中心部で4×10^25 He m^−2に曝露した試料では、テラス状の尾根の頂上に迷路状パターンの巻きひげ状組織が観察された。EDSは、巻きひげ状組織がタングステンに富むことを示している。1×10^25 He m^−2に曝露した試料全体にわたって、深さ3.5 µmまでの異なるサイズと形状のボイドが観察された。2×10^24 He m^−2までのフルエンスに曝露された領域では、波状形態とブリスタの変化も観察され、これは表面の結晶学的配向と関連している可能性がある。これらのHe前曝露F82H鋼試料は、その後、種々の時間の367回のDプラズマパルスの間、EASTトカマクのプラズマ周辺部近傍の条件に供された。巻きひげ状組織は、これらのプラズマ曝露によって部分的に破壊されることが見出された。これらの結果は、トカマク環境における予想されるプラズマ曝露により、材料の特性が大幅に変化する可能性が高いことを示唆している。ブリスタの破裂とWリッチな巻きひげ状組織の侵食は、追加の不純物を導入し、核融合装置の運転に悪影響を及ぼす可能性がある。