中文摘要：

本课题利用计算机模拟（分子动力学和运动学蒙特卡洛方法）研究荷能Alfa粒子对金属材料的辐照损伤，包括材料微观结构变化的一系列动力学行为，及辐照对材料力学性能的影响。模拟从瞬间(飞秒~皮秒) 的原子碰撞相互作用到各类缺陷原子长时间(秒) 的扩散输运及聚合过程。模拟被辐照材料体内缺陷和空洞的形成以及He 与缺陷的相互作用，在缺陷处析出，进入空洞形成气泡的过程，以及最终影响材料力学性能（脆化）的机理。并改变Alfa入射粒子能量，系统温度以及掺杂等，探讨实验参数与材料抗辐照性能的关系，从而探索提高材料抗辐照损伤能力的途径并为开发新型抗辐照材料提供一定的理论依据。

结论摘要：

在裂变、聚变反应堆中，大量的氦会通过直接注入或者间接的方式进入到材料体内，由于其极低的溶解度以及高的扩散能力，氦在材料体内聚集成泡，严重恶化材料的力学性能。本课题采用分子动力学方法模拟氦在金属Fe和Ni中的早期形核，被缺陷捕获继而扩散疏运的过程，从弹性、塑料以及脆性等力学角度研究了氦团簇对材料力学性能的影响。结果表明存在高氦和低空位浓度的材料，氦的聚集会产生过压的氦团簇，这类团簇的长大伴随着自间隙原子的产生。这种过压的效应使得He-金属间的强相互作用对金属的弹性和脆性产生重要的影响，使Fe的弹性模量减小，促使Ni中微裂纹扩展而表现为脆性特征。Fe金属中扩展缺陷-刃型位错作为氦的强捕获源(计算表明氦在其中的结合能高达 2.26eV)，使氦深陷其中以链状形式聚集成团。位错提供了快速扩散通道，改变了氦团簇扩散方式使其沿位错线作一维运动，而氦团簇在无位错的Fe中作三维运动。反之，氦在位错中的聚集行为也会影响材料的塑性行为。根据本课题所获得的模拟结果，我们提出了改善材料抗氦损伤能力的设计思路，具有实际的核工业应用价值。