Experiments are carried out in CIMPLE-PSI, to understand the recrystallization behavior of tungsten (W) exposed under very-high target temperature and ITER relevant long He+-fluence. The effect of helium bubbles on possible retardation of the recrystallization process is also studied. W samples were simultaneously exposed under He plasma and annealed by the plasma heat-load, in contrast to previously reported experiments in literature, which were carried out sequentially. Exposed samples are characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), Vickers surface micro-hardness, nano-hardness and electron backscattered diffraction (EBSD). It is observed that the sample exposed to plasma under the highest temperature (1866 K) suffered acute retarded grain growth. This also contained small, unrecovered grains on the exposed surface. FESEM imaging of the cross-sections confirms that relatively smaller helium bubbles still form even at very high temperature conditions, which can impede the grain growth locally, whenever they are forming right on the grain boundaries. This results in an inhomogeneous mixture of surface grains with sizes ranging from a few micrometers to a few tens of micrometers. EBSD estimates that the plasma exposed surface was only 34% recrystallized. The second sample exposed at a lower temperature (1699 K) but for three times higher fluence (ion fluence: 1.19 × 1027 m−2) was almost fully recrystallized, which shows retardation diminishes very fast with the duration of the exposure. Hardness measurements were undertaken to understand the variation with plasma exposure/annealing temperature and the extent of recrystallization, with three different probing length scales, spanning from a few hundred nanometers to several micrometers. Both helium plasma exposed W samples are observed to undergo retarded softening up to a depth of a few hundred nanometers from the surface, compared to when the metal may be recrystallized by simple heating, without any plasma exposure.
CIMPLE-PSIにおいて、非常に高いターゲット温度とITER関連の長いHe+フルエンスに曝露されたタングステン(W)の再結晶挙動を理解するための実験を実施した。再結晶プロセスの可能性のある遅延に対するヘリウムバブルの影響も研究した。W試料は、以前に文献で報告された逐次的に行われた実験とは対照的に、Heプラズマに曝露されると同時にプラズマ熱負荷によって焼鈍された。曝露された試料は、電界放出型走査電子顕微鏡(FESEM)、ビッカース表面マイクロ硬さ、ナノ硬さ、および電子後方散乱回折(EBSD)によって特徴付けられた。最高温度(1866 K)でプラズマに曝露された試料は、著しい粒成長の遅延を受けたことが観察された。この試料はまた、曝露された表面に小さな未回復粒を含んでいた。断面のFESEMイメージングにより、非常に高温条件でも比較的小さなヘリウムバブルが依然として形成され、それが粒界上に形成される場合にはいつでも局所的に粒成長を妨げ得ることが確認された。これにより、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲のサイズを持つ表面粒の不均一な混合物が生じる。EBSDは、プラズマ曝露表面がわずか34%しか再結晶していないと推定した。より低い温度(1699 K)で、しかし3倍高いフルエンス(イオンフルエンス: 1.19 × 10^27 m^−2)で曝露された2番目の試料はほぼ完全に再結晶しており、これは遅延が曝露時間とともに非常に速く減少することを示している。硬度測定は、プラズマ曝露/焼鈍温度と再結晶の程度に伴う変動を理解するために、数百ナノメートルから数マイクロメートルに及ぶ3つの異なるプロービング長さスケールで実施された。ヘリウムプラズマに曝露された両方のW試料は、プラズマ曝露なしの単純加熱によって金属が再結晶される場合と比較して、表面から数百ナノメートルの深さまで遅延軟化を受けることが観察された。