金属钨具有高熔点、高导热系数、低溅射率、低氢固溶度、低氘滞留率等特点,被认为是聚变堆中面向等离子体材料最佳候选者之一。尽管目前从理论上、实验上和计算模拟上都对钨做了大量研究,但钨在聚变堆中的应用仍面临着诸多挑战;特别是He泡将对钨的服役性能产生一系列影响,包括力学性能退化、加剧肿胀、影响疲劳寿命和延展性、导致高温脆化和表面起皮与气泡等。晶界作为一种常见的对He诱捕缺陷,是促进He泡在钨中成核的重要因素。由于计算模拟是探讨氦辐照下钨的力学行为及失效机制的重要手段。因此,本文采用分子动力学模拟方法,围绕着金属钨的晶界结构特征及其抗辐照性能,以及He在晶界迁移和成核的微观动力学过程和He泡对晶界拉伸强度的影响展开模拟研究。钨(110)面大角度扭转晶界上周期性地分布着位错结和位错带,晶界能与位错结和位错带的密度呈线性相关。自由体积的计算结果表明,位错结和位错带上的自由体积比晶界其它位置的自由体积更大,对He具有更大诱捕作用。NEB和自由体积的计算结果表明,He在位错结和位错带之间是沿着自由体积更大的驻点进行迁移的,这样的迁移路径所需的迁移能最小。He泡在位错结和位错带中成核时,部分晶界会从无序结构转变为有序结构,晶界能降低。He在(110)面大角度扭转晶界上会聚集成盘状形He泡,且在高温时,晶界能越大,He泡的体积越大。在钨(110)面大角度扭转晶界上施加拉伸应力,在屈服点,(110)面从晶界端出现滑移。对于部分扭转晶界,在弹性应变阶段,晶界平面的部分区域会朝着有序化的结构转变,促使晶界能降低、屈服应变和屈服应力提高。晶界上含有的He泡越大,晶界的屈服应变和屈服应力越小。在低能自离子辐照下,晶界平面没有出现空位和间隙原子,而是吸收了部分级联碰撞的能量,使自身部分区域向有序结构转变,从而使晶界能降低。因此,(110)面大角度扭转晶界的抗辐照性能较好,且在适当的外力作用下,部分晶界会向能量更低的晶格结构转变。对于钨∑3{112}晶界,当晶界上无He泡或只含有小尺寸单He泡时,在拉伸屈服前都经历了弹性阶段和结构相变阶段,在结构相变阶段,晶格原子的相对位置发生了变化。拉伸过程中小He泡造成的晶格损伤会自动恢复,对晶体屈服应力和屈服应变无显著影响,He泡的能量受周围晶格W原子间距的影响。晶界上的大尺寸He泡造成晶格损伤且无法恢复,并且He泡越大,晶格损伤越大,相应地屈服应变、屈服应力和弹性模量越小。晶界上高浓度的He泡易导致晶界脆化,使钨晶体在屈服后就开始断裂分离。