Effective management of hydrogen isotopes retention in plasma-facing materials (PFMs) is crucial, particularly when utilizing tritium (T) as fuel, for the success of burning plasma operations. Boronization, a widely employed technique for controlling fuel recycling and mitigating impurity influx from plasma-surface interactions into the core of burning plasma, significantly influences hydrogen isotopes retention in PFMs. In this study, boronization films were generated by ion cyclotron range of frequency (ICRF) discharge assisted boronization with C2B10H12 as boron source on tungsten substrates at Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) which employing ITER-like water-cooled W monoblock PFMs and components (PFCs), followed by in-situ glow discharge (GD) cleaning for 2 h and 20 shots (180 s) edge-plasma exposure. Employing the Material and Plasma Evaluation System (MAPES), representative samples were analyzed after each process. The resultant carbon–boron films, dense and continuous, exhibited thickness up to 120 nm and were identified as amorphous in structure. It was observed that the D2-GD cleaning resulted in a significant isotopic exchange effect, effectively reducing the hydrogen (H) retention in the carbon–boron films. This hydrogen isotope replacement efficiency was found to be influenced by the thickness of the films. Notably, after boundary plasma exposure, samples with thicker films demonstrated an enhanced capacity to capture deuterium (D), adsorbing 10 times more D than bare tungsten (W). Our findings offer transformative insights for T recycling analysis and the plasma operation of devices like International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), highlighting the impact of boronization and subsequent treatments on hydrogen isotope retention behavior in PFMs.
プラズマ対向材料（PFMs）における水素同位体保持の効果的な管理は、特に燃料としてトリチウム（T）を利用する場合、燃焼プラズマ運転の成功にとって極めて重要である。ボロナイゼーションは、燃料リサイクリングの制御およびプラズマ–表面相互作用から燃焼プラズマの中心部への不純物流入の低減のために広く用いられている技術であり、PFMs中の水素同位体保持に大きく影響を与える。本研究では、Experimental Advanced Superconducting Tokamak（EAST）において、ITER類似の水冷WモノブロックPFMsおよびコンポーネント（PFCs）を採用したタングステン基板上に、C2B10H12をホウ素源とするイオンサイクロトロン周波数帯（ICRF）放電支援ボロナイゼーションによりボロナイゼーション被膜を生成し、その後、2時間のin-situグロー放電（GD）洗浄および20ショット（180秒）の境界プラズマ曝露を行った。Material and Plasma Evaluation System（MAPES）を用いて、各プロセスの後に代表的な試料を分析した。得られた炭素–ホウ素被膜は、緻密かつ連続的であり、膜厚は最大120 nmを示し、非晶質構造であると同定された。D2-GD洗浄により、有意な同位体交換効果が生じ、炭素–ホウ素被膜中の水素（H）保持を効果的に低減することが観察された。この水素同位体置換効率は、被膜の厚さに影響されることが見いだされた。注目すべきことに、境界プラズマ曝露後、より厚い被膜を有する試料は、重水素（D）を捕捉する能力が向上し、裸のタングステン（W）よりも10倍多くのDを吸着した。我々の知見は、International Thermonuclear Experimental Reactor（ITER）のような装置のTリサイクリング解析およびプラズマ運転に対する革新的な洞察を提供し、PFMs中の水素同位体保持挙動に対するボロナイゼーションおよびその後の処理の影響を浮き彫りにするものである。