Surface and near-surface morphology evolution of helium-irradiated tungsten due to thermal cycling up to the ITER-relevant temperature of 1350 K was studied using electron microscopy and positron annihilation spectroscopy techniques. Holes at the surface and bubbles in the near-surface of recrystallized polycrystalline tungsten samples were created by 75 eV helium plasma irradiation with the fluence of 3 × 1023 He m−2 at the surface temperature of 1073 K. Subsequent annealing experiments were combined with a detailed electron microscopy analysis to investigate the shape and density changes of holes and helium bubbles with respect to grain orientation. We show that the initially circular holes and round bubbles became faceted upon heating with 1 K s−1 ramp up to 870 K. Annealing cycles up to 1350 K induced resulted in bubbles removal in the first 5 nm below the surface and surface smoothing. Electron energy loss spectroscopy measurements allowed estimation of helium gas density and pressure inside bubbles. Positron annihilation spectroscopy allowed to investigate the nature of defects and their evolution in the helium-irradiated tungsten with thermal cycling.
ヘリウム照射タングステンの、ITER関連温度である1350 Kまでの熱サイクルによる表面および表面近傍の形態進化を、電子顕微鏡および陽電子消滅分光法を用いて研究した。再結晶多結晶タングステン試料の表面の穴と表面近傍のバブルは、表面温度1073 Kにおいて、フルエンス3 × 10^23 He m^-2の75 eVヘリウムプラズマ照射によって形成された。その後のアニーリング実験を、詳細な電子顕微鏡分析と組み合わせて、結晶粒方位に対する穴とヘリウムバブルの形状および密度変化を調査した。我々は、最初は円形の穴と丸いバブルが、870 Kまで1 K s^-1の昇温加熱によってファセット状になったことを示す。1350 Kまでのアニーリングサイクルは、表面下最初の5 nmにおけるバブルの除去と表面の平滑化を誘発し、結果としてもたらした。電子エネルギー損失分光法の測定により、バブル内部のヘリウムガス密度と圧力の推定が可能になった。陽電子消滅分光法により、熱サイクルを伴うヘリウム照射タングステンにおける欠陥の性質とその進化を調査することができた。