中文摘要：

当前发展核能急需解决长期存在于材料学中的特殊问题－氢氦问题。当氢、氦等嬗变产物进入材料体内通过聚集成泡并与辐照产生的移位缺陷相互作用，将引起材料的微观结构变化而恶化材料的力学性能，缩短材料的使用寿命。本课题拟采用计算机模拟技术研究氢、氦与材料因辐照损伤产生的移位缺陷间的协同作用所构成的缺陷复合体的微观结构演化行为。研究将分别采用分子动力学、第一性原理以及蒙特卡洛方法对从辐照初期缺陷产生、相互作用的动力学行为，到后期缺陷回复为稳定的热平衡态这一全部过程进行多尺度的模拟计算。之后，对体内存在不同缺陷态的材料施加拉伸或剪切等应力，模拟研究这些缺陷复合体对材料从弹性、塑性到脆性的力学性能影响，进而探索材料遭受氢、氦损伤的主要因素以及相关的物理机制。这将为评估材料的抗损伤能力提供理论数据，同时对损伤机制的探讨有助于采取有效手段预防这一类的损伤。

结论摘要：

当前发展核能急需解决长期存在于材料学中的特殊问题－氢氦问题。当氢、氦等嬗变产物进入材料体内通过聚集成泡并与辐照产生的移位缺陷相互作用，将引起材料的微观结构变化而恶化材料的力学性能，缩短材料的使用寿命。本项目自2012-2015年度围绕此主题，不论从计算方法研究上 (从动力学以及热力学角度采用不同的算法），还是基于密度泛函理论从电子结构分析原子的键合特性上，均细致深入探讨了氢、氦在各类核材料中的演化聚集行为，特别重点研究了氢同位素在聚变堆第一壁材料中的滞留，提出W-C混合层影响氢滞留的微观机制；氢、氦对材料脆性影响的机制，发现MAX 相Ti3SiC2金属陶瓷陶瓷材料有别于金属具有优异的抗氢脆及抗氦泡增长的独特性能，这为开发新一代先进核结构材料提供了新的思路。 氢同位素在聚变堆第一壁材料W中滞留的研究中，发现氢在该材料中的滞留严重依赖于反应堆服役条件下W表面的相结构成分。在高温、强辐照条件下，由于共沉积以及注入杂质等因素，W表面易形成W-C混合层。该混合层很可能存有碳的非晶相，类石墨相，WC1-x(0