A novel theoretical model based on modified diffusion rate equations is proposed to simulate the retention of hydrogen isotopes and the dynamics of bubble growth in tungsten (W) when exposed to simultaneous hydrogen (H) and helium (He) plasma irradiations. Simulation is conducted to assess the influence of temperature as well as simultaneous H and He irradiation at an increasing fluence. Not only to develop a holistic understanding but also to substantiate simulation findings about synergy between H and He plasma irradiation, a W sample is exposed sequentially to H and He plasma at 873 K using the large-power material irradiation experimental system. The topographical changes in the W sample are investigated using atomic force microscopy (AFM) after each plasma irradiation exposure sequence. Simulation results reveal that the ability of a bubble containing both H and He to trap adjacent H/He atoms is primarily governed by their individual partial pressure within the bubble. Furthermore, at elevated temperatures, the synergy between H and He significantly enhances the retention of H isotopes in W. AFM micrographs of the W sample exposed to both H and He plasma irradiation show a severely damaged and locally delaminated layer, absent in the sample exposed only to either H or He, conclusively establishing evidence of synergy between H and He irradiation effects. The average bubble radius computed using the model aligns excellently with experimentally determined values obtained through SEM/AFM analysis. The robustness of the proposed model is also assessed by comparing bubble radius and H isotopes retention at various temperatures with experimental data reported in the literature.
タングステン（W）における水素同位体の保持とバブルの成長ダイナミクスのシミュレーションを行うため、修正された拡散速度方程式に基づく新規の理論モデルを提案する。水素（H）とヘリウム（He）の同時プラズマ照射時における温度の影響と、増加するフルエンスでの同時H・He照射の影響を評価するため、シミュレーションを実施する。HとHeのプラズマ照射間の相乗効果に関する総合的な理解を深めるだけでなく、シミュレーション結果を実証するため、大出力材料照射実験システムを用いて、W試料を873 KでHプラズマとHeプラズマに順次曝露する。各プラズマ照射曝露後のW試料の表面形状変化を、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて調査する。シミュレーション結果から、HとHeの両方を含むバブルが隣接するH・He原子を捕捉する能力は、バブル内部の個々の分圧に主に支配されることが明らかになる。さらに、高温条件下では、HとHeの間の相乗効果により、W中のH同位体の保持が有意に増強される。HとHeの両方のプラズマ照射に曝露されたW試料のAFM像は、深刻な損傷と層状剥離を示し、これはHまたはHeのみの照射に曝露された試料では観察されず、HとHeの照射効果間の相乗効果の存在を決定的に実証している。モデルを用いて計算された平均バブル半径は、SEM/AFM分析により実験的に得られた値と優れた一致を示す。提案モデルの頑健性は、様々な温度におけるバブル半径とH同位体保持を、文献で報告された実験データと比較することによっても評価される。