The present work reports the results of an experimental study of the depth distribution and fluence dependence of deuterium plasma-induced material modification of tungsten and tungsten–tantalum alloys. Plasma-induced damage was created by exposure to high-flux deuterium plasma in the plasma generator Pilot-PSI, followed by the degassing and subsequent decoration of created defects with deuterium by another plasma exposure. The depth distribution of deuterium from the decorating exposure reflects the distribution of plasma-induced defects. Depth profiling of this decorating deuterium, was performed by nuclear reaction analysis. It was found that plasma-induced material modification, which manifested itself as an increase of the deuterium concentration in the samples pre-exposed with high-flux plasma in comparison to the samples without such pre-exposure extends down to more than 5 µm from the surface. This increase features a tendency to saturation with increasing fluence of the damaging high-flux plasma. Over the entire probing range, with the exception of the narrow surface region and the deep region beyond 5 µm, the deuterium content is lower in pre-exposed W–Ta than in similarly pre-exposed W. Sub-surface features formed as a result of high-flux plasma exposure were studied with the help of focused ion beam cross-sectioning. W was found to contain plasma-induced cavities down to much larger depth than W–Ta.
本研究は、重水素プラズマ誘起によるタングステンおよびタングステン–タンタル合金の材料改質の深さ分布とフルエンス依存性に関する実験的研究の結果を報告するものである。プラズマ誘起損傷は、プラズマ生成装置Pilot-PSIにおける高フラックス重水素プラズマへの曝露によって生成され、その後、脱ガスと、それに続く別のプラズマ曝露による生成欠陥の重水素による装飾が行われた。装飾用曝露による重水素の深さ分布は、プラズマ誘起欠陥の分布を反映する。この装飾用重水素の深さプロファイリングは、核反応分析法によって実施された。高フラックスプラズマに事前曝露された試料における重水素濃度の増加として現れるプラズマ誘起材料改質は、そのような事前曝露のない試料と比較して、表面から5 µmを超える深さまで及ぶことが見出された。この増加は、損傷を与える高フラックスプラズマのフルエンス増加に伴って飽和する傾向を示す。プローブした全範囲にわたって、狭い表面領域と5 µmを超える深部領域を除き、事前曝露されたW–Ta中の重水素含有量は、同様に事前曝露されたW中のそれよりも低い。高フラックスプラズマ曝露の結果として形成された表面下構造は、集束イオンビーム断面作製を用いて調査された。Wは、W–Taよりもはるかに深い深さまでプラズマ誘起キャビティを含むことが見出された。