The melting and evaporation of target materials such as tungsten, due to the enormous plasma heat flux, are not compatible with the realization of ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) and nuclear fusion reactor designs. Nitrogen gas seeding has recently been considered as an effective radiator for edge and divertor boundary plasmas to protect the divertor plate from overheating. Although compatibility of nitrogen seeding with tokamak discharge operation was obtained in current tokamaks, the effects of nitrogen seeding on plasma-facing components, especially the divertor target material (e.g. tungsten), have not been fully tested in a fusion-relevant steady-state linear plasma system with a high plasma density and plasma heat flux, in which deuterium and nitrogen mixed-gas discharge plasmas are irradiated onto a tungsten target, closely similar to the boundary region in a magnetic fusion configuration. This study addressed such a detailed irradiation, using a variety of surface analyses. Surface-temperature-sensitive tungsten nitride formation was determined, thus elucidating the interesting surface morphology of whisker, loop, and/or hook-like nanostructures in some surface temperature bands. The surface characteristics were determined using several kinds of surface analysis methods, including x-ray diffraction, energy dispersive x-ray analysis, nanoindentation, Raman spectroscopy, and spectrometry. The possibility of tungsten contamination into facing plasmas is discussed in terms of tungsten nitride melting. The relation to industrial applications of tungsten nitride has also been mentioned.
タングステンなどのターゲット材料の溶融および蒸発は、巨大なプラズマ熱流束によるものであり、ITER（国際熱核融合実験炉）および核融合炉設計の実現とは両立しない。窒素ガスシーディングは、ダイバータ板の過熱を防ぐためのエッジおよびダイバータ境界プラズマの効果的な放射体として最近検討されている。窒素シーディングとトカマク放電運転との適合性は現在のトカマク装置で得られているが、プラズマ対向機器、特にダイバータターゲット材料（例えばタングステン）に対する窒素シーディングの影響は、高プラズマ密度および高プラズマ熱流束を有する核融合関連の定常状態線形プラズマ装置において十分に試験されておらず、その装置では重水素と窒素の混合ガス放電プラズマがタングステンターゲットに照射され、磁気核融合配位における境界領域に極めて類似している。本研究は、多種多様な表面分析を用いて、そのような詳細な照射を扱った。表面温度に敏感な窒化タングステン形成が決定され、それによっていくつかの表面温度帯におけるウィスカー、ループ、および/またはフック状のナノ構造の興味深い表面形態が解明された。表面特性は、X線回折、エネルギー分散型X線分析、ナノインデンテーション、ラマン分光法、および分光測定を含む数種類の表面分析方法を用いて決定された。対向プラズマへのタングステン汚染の可能性は、窒化タングステンの溶融の観点から議論される。窒化タングステンの産業応用との関連性についても言及されている。