| 研究概要 |
本研究ではプラズマ対向材料の侯補であるMo,Wなど高Z金属における重水素の保持・放出挙動にたいするヘリウム、炭素、酸素などの軽元素不純物の影響を調べる目的で、材料表面に打ち込まれた重水素と不純物および照射損傷について高速イオンビーム分析技術を用いた定量分析を行った。まず、不純物のない単結晶Mo,W表面における重水素と照射欠陥との相互作用について詳細に検討し、さらにヘリウム予照射を施した場合、表面に炭化物層、酸化物層がある場合の水素挙動を観察し、照射損傷および不純物の影響について新たな知見を得た。
清浄表面ついて、重水素の注入エネルギー、温度などを系統的に変化させ測定を行った結果、重水素捕捉はイオン注入に伴い生成される格子ひずみと深く関係していることが明らかになった。さらに、重水素格子位置の観察結果から、四面体格子間位置からややずれた点に格子ひずみを緩和するように捕捉されていることが示された。
ヘリウム照射(10keV)では1×10^<19>He/m^2程度の予照射量で大量の格子ひずみが導入され、低エネルギー重水素の捕捉量は急激に増加した。ヘリウム予照射量を二桁増やしても捕捉重水素量に大きな変化はないが、表面近傍の結晶格子の乱れは著しく、捕捉重水素の再放出温度は上昇した。一方、700K以上の照射温度では、高照射量においても格子ひずみが観察され、重水素の加熱再放出挙動も重水素注入のみの場合と類似した結果が得られた。
注入重水素は酸化膜(MoO_3,WO_3)中に高濃度(30at.%以上)に蓄積するが、炭化物層の場合は、下地である単結晶領域にも捕捉重水素の分布が広がる。水素を含むMo酸化膜は水素注入および加熱によって容易に分解されるがW酸化膜は重水素放出が起こっても安定であった。表面炭化物層をもつWおよびMoでは清浄表面の場合に比べで低い温度で捕捉重水素の大部分が放出されることが明らかとなった。
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