Gaseous ion implantation induces displacement damage and gaseous atom uptake in the target material and is widely adopted to simulate plasma–material interaction in fusion devices. Here we report an observation of tungsten blistering with large plastic deformation under 60 keV helium ion implantation at room temperature. The near-surface morphology and microstructure analyses suggest more than 50% plastic elongation and breakdown of lattice periodicity in the blister caps. We propose that collision cascades and high-concentration helium atoms not only greatly modify the tungsten microstructure, but also enhance mass flow in terms of point defect diffusion in blister caps. The mass flow ultimately aggravates the relaxation of stresses in the tungsten surface and facilitates tungsten blistering during high-energy gaseous ion implantation. We sketch out the blistering process and stress the vital importance of dynamic processes in the response of plasma-facing materials subjected to low-energy plasma penetration and high-energy neutron bombardment in fusion devices.
ガス状イオン注入は、標的材料に変位損傷とガス原子の取り込みを誘発し、核融合装置におけるプラズマ-材料相互作用をシミュレートするために広く採用されている。本論文では、室温での60 keVヘリウムイオン注入下における、大きな塑性変形を伴うタングステンのブリスターリング（発泡）の観察結果を報告する。表面近傍の形態および微細構造解析により、ブリスターキャップにおいて50%を超える塑性伸びと格子周期性の崩壊が示唆される。衝突カスケードと高濃度のヘリウム原子は、タングステンの微細構造を大きく変化させるだけでなく、ブリスターキャップ内の点欠陥拡散という観点から質量輸送を促進すると我々は提案する。質量輸送は最終的に、高エネルギーガスイオン注入中のタングステン表面における応力緩和を増悪させ、タングステンのブリスターリングを促進する。我々はブリスターリング過程の概要を描き、核融合装置における低エネルギープラズマ浸透および高エネルギー中性子衝撃にさらされるプラズマ対向材料の応答における動的過程の極めて重要な役割を強調する。