Dynamic deuterium (D) retention properties of tungsten (W) are investigated under steady-state D plasma exposure in the PISCES-A linear plasma device. In contrast to static retention, dynamic retention is quickly released from the material at the termination of the incident plasma flux, and thus in-operando laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) measurements have been conducted during steady-state D plasma exposure. A procedure is, first, established to extract the dynamic retention component from the in-operando LIBS D I 656.1 nm line intensity, which can contain contributions from dynamic and static retention as well as background D/D2 gas, excited by both steady-state and laser-induced plasmas. Using the developed procedure, the dynamic D retention in W is systematically examined while scanning the following plasma exposure parameters: incident ion energy, Ei, sample temperature, Ts, incident ion flux, Γi. No clear Ei dependence is seen in the range of Ei ∼ 45–175 eV, as expected from a small variation in the average implantation depth (∼3–6 nm) of D in W. The dynamic retention is found to monotonously decrease with increasing Ts from 348 to 573 K, while the total static retention is reported to peak at Ts ∼ 500–600 K. It is revealed that the dynamic retention linearly increases with increasing Γi, and then saturates at Γi ⩾ 0.75 × 1021 m−2 s−1. Possible physical mechanisms for the observed dependence of the dynamic retention on Ts and Γi are discussed. Furthermore, sequential pure He, followed by pure D, plasma exposures show that the dynamic D retention is not strongly affected by He bubbles in the near-surface region.
タングステン（W）中の動的重水素（D）保持特性を、PISCES-A線形プラズマ装置における定常状態Dプラズマ曝露下で調査した。静的保持とは対照的に、動的保持は入射プラズマフラックスの終了時に材料から速やかに放出されるため、定常状態Dプラズマ曝露中にインフラ動作レーザー誘起絶縁破壊分光法（LIBS）測定を実施した。まず、定常状態プラズマとレーザー誘起プラズマの両方によって励起される動的保持、静的保持、および背景D/D₂ガスからの寄与を含み得るインフラ動作LIBS D I 656.1 nm輝線強度から動的保持成分を抽出する手順を確立した。開発した手順を用いて、以下のプラズマ曝露パラメータを走査しながらW中の動的D保持を系統的に調べた：入射イオンエネルギー（Ei）、試料温度（Ts）、入射イオンフラックス（Γi）。Ei ≈ 45–175 eVの範囲では明確なEi依存性は見られず、これはW中のDの平均注入深さ（≈3–6 nm）の変動が小さいことと一致する。動的保持はTsが348 Kから573 Kに増加するにつれて単調に減少することが見出された一方、総静的保持はTs ≈ 500–600 Kでピークを示すと報告されている。動的保持はΓiの増加に伴って線形に増加し、その後Γi ≥ 0.75 × 10²¹ m⁻² s⁻¹で飽和することが明らかになった。TsおよびΓiに対する動的保持の観測された依存性について、考えられる物理的メカニズムを考察する。さらに、純Dプラズマ曝露に続く純Heプラズマ曝露の逐次曝露により、動的D保持は近表面領域のHeバブルによって強く影響を受けないことが示された。