Hydrogen (H) retention and desorption in tungsten (W)-based plasma-facing materials are still not well understood, largely due to the limitations of ex-situ observations in experimental detection methods like thermal desorption spectroscopy (TDS). In order to reveal the fundamental mechanisms behind H retention and desorption, we developed a cluster dynamics model, IRadMat-TDS, for theoretical modeling of depth distribution and TDS of deuterium (D) in polycrystalline W. The model newly includes the saturated absorption and emission of D in inherent sinks like grain boundaries (GBs), as well as the multi-trapping effect of D in various types of GBs with different trapping energies. The simulated TDS spectra are in agreement with experimental ones. For polycrystalline W under D ion irradiation within keV-energy range, two typical thermal desorption peaks in TDS at around 490 and 550 K are explicitly attributed to D emission from GBs and vacancies, respectively. And GBs play a major role in D retention. Moreover, the broad peaks in TDS come from the convolution of multi-trapping of D in sinks with different types of trapping sites rather than a single-site approximation.
水素（H）の保持および脱離は、タングステン（W）ベースのプラズマ対向材料において依然として十分に理解されておらず、これは主に熱脱離分光法（TDS）のような実験的検出方法におけるex-situ観察の限界に起因する。Hの保持および脱離の背後にある根本的なメカニズムを明らかにするために、我々は多結晶W中の重水素（D）の深さ分布およびTDSの理論的モデリングのためのクラスターダイナミクスモデル、IRadMat-TDSを開発した。このモデルは、粒界（GBs）のような内在性シンクにおけるDの飽和吸収および放出に加え、異なる捕捉エネルギーを持つ様々な種類のGBにおけるDの多重捕捉効果を新たに含んでいる。シミュレーションされたTDSスペクトルは実験スペクトルと一致している。keVエネルギー範囲内のDイオン照射下の多結晶Wについて、TDSにおける約490Kおよび550Kの2つの典型的な熱脱離ピークは、それぞれGBおよび空孔からのD放出に明確に帰属される。そして、GBはD保持において主要な役割を果たす。さらに、TDSにおけるブロードなピークは、単一サイト近似ではなく、異なるタイプの捕捉サイトを持つシンクにおけるDの多重捕捉の畳み込みに由来する。