On the Possibility of Determination of the Hydrogen Binding Energies With Defects From Thermal Desorption Measurements With Different Heating Rates

Abstract

Одним из ключевых вопросов при выборе обращённых к плазме материалов для термоядерных установок является удержание в них изотопов водорода. Для исследования характеристик удержания изотопов водорода в материале часто используется метод термодесорбционной спектроскопии. В данной работе проведён анализ возможности определения энергии выхода водорода из ловушек в материале по кривым термодесорбции, полученным с различной скоростью нагрева. Для этого проведены расчёты спектров термодесорбции водорода из вольфрама при различных скоростях нагрева. Проанализировано влияние параметров ловушек (энергии связи водорода с ловушками, концентрации ловушек и глубины их залегания), а также состояния поверхности (скорости рекомбинации на поверхности). Показано, что для вольфрама данный подход применим для чистой поверхности с высоким коэффициентом рекомбинации. Предложен критерий для оценки применимости данного метода, учитывающий характеристики, описывающие поведение водорода в объёме и на поверхности металла.Ключевые слова: термодесорбционная спектроскопия, вольфрам, изотопы водорода.Hydrogen isotope retention in plasma-facing materials is a concern for fusion reactors. Thermal desorption spectroscopy is widely used for determination of detrapping energies of hydrogen isotopes from materials. This work is devoted to investigation of the possibility of determination of hydrogen detrapping energies from materials in a series of experiments on programmed thermal desorption (PTD) from identical samples performed with different heating rates. For that purpose, numerical simulations of hydrogen PTD with different heating rates were performed for tungsten. Influence of trap parameters (detrapping energy and trap concentration profile) as well as surface conditions (recombination rate at the surface) was investigated. It has been shown that for hydrogen in tungsten this technique is valid only in the case of the clean surface with a high hydrogen recombination rate. A criterion of validity of this method involving parameters characterizing hydrogen behaviour on the surface and in the bulk of the material has been proposed.