核反应堆结构材料的辐照损伤直接影响着反应堆的安全性和经济性。多尺度模拟结合少量实验是研究结构材料辐照损伤的主要方式。在多尺度模拟体系中,介观尺度的团簇动力学（cluster dynamics,CD）方法是研究材料辐照损伤长时演化行为最有效的方法之一。本文围绕“CD的大规模并行模拟”这一核心论题,借助高性能计算技术和国产超级计算机,从CD的确定性求解和随机求解两个方面开展研究,发展大规模并行团簇动力学模拟技术,扩展团簇动力学的模拟规模,并进行工程应用。本文的主要工作和取得的创新性成果如下:（1）针对团簇动力学确定性求解时方程数量多且刚性强的问题,基于指数时间差分法（exponential time differencing,ETD）,提出了 一种大规模并行ETD-CD模拟技术,可实现大规模CD方程的高效、显式、并行求解。面向简单体系,提出了高阶ETD4RK格式的并行ETD-CD算法,在分析了算法的计算热点后,基于神威·太湖之光超级计算机进行了“条件分支消除+手动SIMD向量化”优化,优化后的版本在11种方程规模（210～220）上实现了平均40%的时间节省。在神威超算上使用8,192进程实现了超十亿CD方程的高效求解,以512进程为基准,获得了 81%以上的并行效率。（2）针对复杂体系,聚焦空间分辨随机团簇动力学（spatially resolved stochastic cluster dynamics,SRSCD）方法,针对 SRSCD 在长尺度模拟中计算量大的问题,基于同步并行（synchronousparallel,SP）算法和同步子晶格（synchronous sublattice,SL）算法,提出了一套大规模并行SRSCD模拟技术,可实现CD的大规模扩展。首先对已有的SP-SRSCD方法进行了优化,提出了优化的同步并行（optimized SP,OSP）SRSCD方法,将模拟规模扩展到了超千万体积元、上万进程。进一步基于SL算法,提出了同步子晶格并行（synchronous sublattice parallel,SLP）SRSCD 方法,通过设计自适应同步算法和按需通信策略,降低了通信频率并消除了通信冗余。在“东方”超算上使用25,600进程实现了上亿体积元（128 μm3）的大规模并行SRSCD模拟,以3,200进程为基准,获得了超74%的并行效率。（3）针对SRSCD模拟过程中超百万量级且动态变化的缺陷及反应的高效访存需求,提出了一种缺陷-反应相关联的存储及更新技术,可实现缺陷及其反应的按需存储及快速更新操作。基于对缺陷及其反应的关系和存储需求的分析,设计了缺陷-反应相关联的数据结构Defect-Reaction Tree（DRT）,将缺陷分“层”存储并与反应相关联,同时合并同类反应,消除了冗余存储并提高了数据的更新速度。并基于DRT结构设计了双分组搜索策略来提高反应事件的选择速度。与SP-SRSCD相比,该技术实现了 39%的内存节省和12倍的计算加速。（4）综合利用提出的技术开发了一款大规模并行SRSCD模拟软件MISA-SCD,相比于国际同类代表性软件（MFVISC、PARASPACE、SP-SRSCD等）,在通用性、功能性、模拟规模及效率方面具有特点。通过中子辐照纯铁和电子辐照铁-铜合金两个辐照损伤模拟实例,验证了 MISA-SCD的准确性。将MISA-SCD应用于反应堆压力容器（reactor pressure vessel,RPV）钢辐照脆化预测之中,实现了“复杂体系+空间分辨”的长时演化模拟,获得了 RPV钢屈服应力增量和韧脆转变温度增量随辐照剂量的变化,与实验数据对比,误差不超过20%（在工程应用的可接受范围内）,成功实现了 RPV钢服役一百年以上的脆化趋势预测,取得了良好的应用效果。