金属钨(W)及其合金由于具有高熔点、高导热性、高温高强度、低热膨胀系数、低溅射率、低蒸气压和低氚滞留等优点,被认为是最有前景的面向等离子体材料(Plasma facing materials,PFMs)之一。W金属材料作为PFMs,需要经受高流量的高能粒子流辐照,进而承受很高的热负荷,这对材料的组织结构、缺陷形成等产生重要影响。另一方面,由于H离子是高温核聚变等离子体的主要成分,因此高能粒子流的成分主要是H离子,故H杂质容易进入金属W晶格并影响材料的服役寿命。基于上述原因,研究高温及高辐照条件下金属W材料的热力学性能,具有重要的实践意义。本论文中,我们首先应用第一性原理分子动力学方法,模拟研究了W晶格的辐照损伤和W晶格中辐照粒子的热力学行为。模拟了低能氢粒子(LoE-H)(52 eV)和高能氢粒子(HiE-H)(5.2 keV)对W表面的辐照行为,并将结果与低能碳(LoE-C)(56 eV)的辐照进行比较。研究发现,由于C原子与W晶格之间的相互作用强得多,因此,辐照过程中W晶格吸收LoE-C的能量比吸收LoE-H的能量快很多,这些能量激发了表面C原子使得其具有很高的动能,进而C原子辐照后,表面区域容易产生空位缺陷。模拟结果还显示,LoE-H粒子穿入W金属表面的深度估计约为140?,比LoE-C粒子(12?)大约高一个数量级。同时,结果还发现W晶格中HiE-H粒子的行为与LoE-H的行为完全不同。如果不考虑HiE-H粒子和W原子核之间的直接碰撞,在1 ps的模拟时间内,HiE-H粒子在W晶格中几乎是直线运动,穿入金属W的深度可以达到140μm。同时,在AIMD模拟中未观察到HiE-H辐照对W晶格的损伤,这表明HiE-H辐照产生的损伤仅在原子核之间直接碰撞发生。除了HiE-H粒子的辐照行为外,金属W中的H杂质粒子的热力学行为也对材料的服役性能影响很大。由于H杂质对W的力学性能和热力学性能有很大的影响。因此,我们利用第一性原理方法,研究了间隙H对金属W的力学和热力学参数的影响,如W的弹性常数、弹性模量、自由能、熵、膨胀系数和声子热导率。我们还特别地计算了与温度和H浓度相关的参数,并总结了H浓度对材料性能的影响。结果表明,随着温度的升高,W金属的力学强度逐渐降低。另一方面,H杂质粒子提高了金属W的延展性,这与以前文献中的报道一致。W的热膨胀系数随H杂质的浓度增加而增加。W的声子热导率也受H杂质的强烈影响,并且随着H浓度的增加而降低。