This work discusses the response of ultrafine-grained tungsten materials to high-flux, high-fluence, low energy pure He irradiation. Ultrafine-grained tungsten samples were exposed in the Pilot-PSI (Westerhout et al 2007 Phys. Scr.T128 18) linear plasma device at the Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) in Nieuwegein, the Netherlands. The He flux on the tungsten samples ranged from 1.0 × 1023–2.0 × 1024 ions m−2 s−1, the sample bias ranged from a negative (20–65) V, and the sample temperatures ranged from 600–1500 °C. SEM analysis of the exposed samples clearly shows that ultrafine-grained tungsten materials have a greater fluence threshold to the formation of fuzz by an order or magnitude or more, supporting the conjecture that grain boundaries play a major role in the mechanisms of radiation damage. Pre-fuzz damage analysis is addressed, as in the role of grain orientation on structure formation. Grains of (1 1 0) and (1 1 1) orientation showed only pore formation, while (0 0 1) oriented grains showed ripples (higher structures) decorated with pores. Blistering at the grain boundaries is also observed in this case. In situ TEM analysis during irradiation revealed facetted bubble formation at the grain boundaries likely responsible for blistering at this location. The results could have significant implications for future plasma-burning fusion devices given the He-induced damage could lead to macroscopic dust emission into the fusion plasma.
本要旨は、高フラックス・高フルエンス・低エネルギーの純ヘリウム照射に対する超微細粒タングステン材料の応答について論じるものである。超微細粒タングステン試料は、オランダの基礎エネルギー研究所（DIFFER）のナイメーヘンにあるPilot-PSI線形プラズマ装置（Westerhoutら、2007年、Phys. Scr. T128）において曝露された。タングステン試料へのHeフラックスは1.0×10²³〜2.0×10²⁴ ions m⁻² s⁻¹の範囲であり、試料バイアスは負の20〜65 V、試料温度は600〜1500 °Cの範囲であった。曝露後の試料のSEM分析により、超微細粒タングステン材料は、ファズ形成に対するフルエンス閾値が一桁以上高いことが明確に示され、粒界が放射線損傷のメカニズムにおいて主要な役割を果たすという仮説を支持するものである。ファズ形成前の損傷分析も扱われており、特に結晶粒方位が構造形成に及ぼす役割に焦点が当てられている。(1 1 0)および(1 1 1)方位の結晶粒はポア形成のみを示したのに対し、(0 0 1)方位の結晶粒はポアで装飾されたリップル（より高い構造）を示した。この場合、粒界におけるブリスター形成も観察される。照射中のその場TEM分析により、粒界でのバブル形成が明らかになり、この位置でのブリスター形成の原因である可能性が高い。これらの結果は、He誘起損傷が核融合プラズマへの巨視的なダスト放出につながる可能性があるため、将来の核融合燃焼装置にとって重要な意味を持つ可能性がある。