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D-T聚变由于原料资源充足、安全可靠且不会产生大量废弃物,被认为最有希望彻底解决人类的能源问题。为了达成这一目的,中国、欧盟、美国、韩国、日本、俄罗斯和印度合作签署了影响深远的能源项目,共同建设世界最大的磁约束聚变设施,即国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）。我国为了弥补 ITER 和聚变示范堆（Demonstration Reactor,DEMO）之间存在的差距,把ITER上学到的物理和工程技术进行消化吸收,提出建设中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）。氚增殖包层是D-T聚变反堆中非常重要的部件之一,其中的氚增殖剂就是用于为D-T聚变反应的自持运行提供氚燃料。我国设计的用于在ITER中进行测试的HCCB TBM采用Li4SiO4作为氚增殖剂,CFETR设计的HCCB和WCCB也分别采用Li4SiO4和Li2TiO3作为氚增殖剂。新型增殖剂核壳Li2TiO3-Li4SiO4由于优异的力学性能和氚释放性能具有应用前景。在包层运行条件下,陶瓷增殖剂将会面临由热膨胀、热梯度、热冲击等引起的热应力,并可能因此而破碎。增殖剂在包层中还将会受到各种高能粒子的辐照,辐照产生的缺陷也将会对增殖剂力学性能产生影响。本文主要工作之一就是研究Li2TiO3,Li4SiO4力学性能影响因素,并对这两种首选增殖剂和新型增殖剂核壳Li2TiO3-Li4SiO4在长期高温退火条件下力学性能稳定性进行研究。采用氦离子辐照Li2TiO3研究离子辐照对力学性能影响。此外,为了实现D-T聚变反应的自持运行,需要尽量把增殖氚提取获得足够高的氚增殖比,所以本文也对这三种增殖剂氢同位素释放行为进行研究,包括中子辐照氚释放行为,氘气体暴露后氢同位素释放行为,以及长期服役前后增殖剂氢同位素释放行为变化进行研究。考虑到氢同位素释放与固态增殖剂表面化学环境存在很大的关联,本文还研究了离子辐照对增殖剂表面化学环境的影响。力学性能研究:（1）确定Li4SiO4在温度≥750℃晶粒长大是导致其抗压强度下降的主要原因。晶粒长大动力学研究发现Li4SiO4晶粒长大机制为孔的迁移合并,其激活能为140kJ/mol,小于Li2TiO3晶粒长大激活能400kJ/mol。在相同服役温度下,Li4SiO4 比 Li2TiO3晶粒更容易长大而导致力学性能衰退。（2）长期高温服役后Li4SiO4小球平均抗压强度下降约41%,Li2TiO3小球平均抗压强度升高约9%,核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球平均抗压强度下降约23%。Li4SiO4小球和核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球平均抗压强度下降主要发生在前100h退火期间。Weibull分布失效行为分析表明在达到相同失效概率时三种增殖剂所需力大小关系为:Li4SiO4 小球＜Li2TiO3 小球＜核壳 Li2TiO3-Li4SiO4 小球。Li4SiO4小球 1000h 退火过程中内部微观结构变化显著,晶粒长大,开孔率增加,孔径变大,大量闭孔转变成开孔,锂挥发严重。Li2TiO3小球微观结构保持稳定,未发现明显晶粒长大现象,开孔率略微下降,少数开孔转变成闭孔,锂挥发不显著。核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球微观结构变化有限,Li4SiO4小晶粒受到Li2TiO3相的限制,长大幅度较小,开孔率略微增加,部分小孔转变成大孔,锂挥发行为与Li2TiO3和Li4SiO4相均相关,但是与Li4SiO4相的相关性更大。（3）氦离子辐照Li2TiO3纳米压痕力学性能表征结果发现材料硬度受到辐照损伤的影响。低剂量区（约0.018dpa）硬度降低是由位错滑移以及单位体积键密度降低引起的。高剂量区（约0.86dpa）硬度增加主要原因是辐照引起的缺陷团簇阻止了位错滑移,基于硬度理论辐照导致的化学键键长变短被认为是硬度增加的另一个原因。氢同位素释放行为研究:（1）综合分析了 Li4SiO4,Li2TiO3以及核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球氚释放行为。在堆外采用不同升温速率热解吸获得了在Li4SiO4,Li2TiO3表面氚的解吸激活能分别为0.29eV和0.49eV。核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球有两个清晰的氚释放峰,分别对应解吸激活能为0.92eV和1.78eV。等温热解吸获得三种增殖剂在不同温度释放份额与时间的关系,并通过扩散动力学模型进行拟合。随等温热解吸时间增加,Li4SiO4小球中氚扩散过程逐渐变成氚释放速率决定过程。Li2TiO3小球随着等温热解吸温度升高氚释放份额增加,氚释放速率决定过程逐渐转变为扩散过程。核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球在温度超过400℃后氚能够完全释放,且扩散过程是氚释放速率决定过程。（2）氘气体暴露后TDS研究发现Li4SiO4和核壳Li2TiO3-Li4SiO4小球中的氘释放主峰温度较低,且与H2O释放存在紧密联系。表明氘主要通过与H2O氢同位素交换后释放。Li2TiO3小球氘主要在高温下释放,体现出缺陷捕获机制的影响,包括氧空位E’-centers捕获和通过形成O-D键捕获。（3）长期服役前后氢同位素释放行为与对比研究发现Li4SiO4小球1000h长期退火后形成的大量开孔以及锂挥发形成的锂空位导致氘释放峰温度向低温偏移。闭孔转变成开孔,减少了因闭孔捕获导致的氘高温释放峰。离子辐照对Li2TiO3表面化学环境影响研究:（1）氘离子辐照后片状Li2TiO3表面羟基（LiOD）明显增多,导致氢同位素在高温下释放。（2）氦离子辐照形成的氧空位E’-centers促进了Li2TiO3从空气中吸收水分,在增殖剂表层和亚表层吸附了多层H2O。