We investigate the physical origin of H–He interaction in W in terms of optimal charge density by calculating the energetics and diffusion properties using a first-principles method. On the one hand, we show a strong attraction between H and He in W originated from the charge density redistribution due to the presence of He, driving H segregation towards He. This can block the permeation of H into deeper bulk and thus suppress H blistering. On the other hand, we demonstrate that He, rather than H, energetically prefers to occupy the vacancy centre due to its closed-shell structure, which can block H2 formation at the vacancy centre. This is because He causes a redistribution of charge density inside the vacancy to make it 'not optimal' for the formation of H2 molecules, which can be treated as a preliminary nucleation of the H bubbles. We thus propose that H retention and blistering in W can be suppressed by doping the noble gas elements.
我々は、第一原理法を用いてエネルギー論と拡散特性を計算することにより、最適電荷密度の観点からW中におけるH–He相互作用の物理的起源を調査する。一方で、我々はW中におけるHとHeの間の強い引力が、Heの存在による電荷密度再分布に起因し、HのHeへの偏析を駆動することを示す。これは、Hのより深いバルクへの透過を妨げ、したがってHブリスター形成を抑制し得る。他方で、我々は、HではなくHeが、その閉殻構造のためにエネルギー的に空孔中心を占めることを好み、これが空孔中心でのH2形成を妨げ得ることを実証する。これは、Heが空孔内部の電荷密度の再分布を引き起こし、H2分子の形成にとって「最適ではない」状態にするためであり、これはHバブルの初期核形成として扱うことができる。したがって我々は、W中のH保持およびブリスター形成は、希ガス元素をドープすることによって抑制できると提案する。