聚变堆面向等离子体材料(PFMs)需要面临前所未有的严酷环境,不仅要遭受高通量等离子体轰击、14.1 MeV的快中子辐照以及其产生的大量嬗变产物轰击,而且还要经受高达1000 K的壁温,5～20 MW/m2的稳态热负荷甚至高达几GW/m2的瞬态热负荷(如边缘局域模ELMs)。金属钨由于具有高熔点、高热导率、低溅射系数、低氚滞留以及较好的光反射率等性能被认为是最佳的候选面向等离子体材料。然而,使用钨作为面向等离子体材料也带来了其他挑战。许多研究表明因辐照产生的如气泡、孔洞、纳米丝结构“fuzz”等微观结构变化会导致钨材料发生脆化和硬化,并且高的温度梯度以及热应力极易导致材料发生侵蚀和裂纹等损伤。因此,研发具有高抗辐照性能的面向等离子体钨材料是当前核聚变研究的一项重点任务。如果能够及时地释放入射的气体原子和缓解产生的热应力,就可能有效地抑制气体原子的聚集和裂纹的形成,这是面向等离子体材料研发的途径和方向之一。在本论文中,我们特意设计了一种新颖的具有纳米孔道结构的钨薄膜,并分别研究纳米孔道钨薄膜在氦离子辐照、协同辐照、氦等离子体辐照以及瞬态热负荷环境下的性能表现,具体展开的工作包括以下几个方面:1)在不同的辐照温度环境下,利用高能He+离子辐照纳米孔道钨薄膜。通过透射电子显微镜、离子束弹性反冲分析、小角掠入射X衍射和纳米压痕的测试分别对辐照前后氦泡的演化和氦浓度的变化进行分析,发现纳米孔道钨薄膜中滞留的氦浓度比块体钨中的少,进而辐照导致的肿胀和硬化程度也比块体钨小;与此同时,利用正电子湮灭和模拟计算探究了纳米孔道钨薄膜中含有较低氦浓度的原因是:纳米孔道结构的存在,它促使得更多的氦原子向纳米孔道表面扩散,并有效地帮助氦原子从薄膜中释放出去。2)利用高能Kr2+辐照模拟中子辐照产生的位移级联损伤,研究纳米孔道钨薄膜中位移损伤对氦滞留的影响。通过透射电子显微镜以及热脱附分析方法发现,预辐照产生的位移损伤有效抑制了大的氦团簇或者氦泡的形成;并且纳米孔道钨薄膜中的氦原子脱附速率比块体钨的高出一个数量级且内部没有大尺寸的氦泡聚集形成的开裂,说明薄膜中的纳米孔道结构可以有效地将入射的氦原子从薄膜中释放出来,极大地延缓了大的氦团簇形成,避免了大尺寸氦泡聚集而导致内部裂纹形成。3)利用接近ITER设计的束流强度～1018 ions/cm2s的氦等离子体辐照纳米孔道钨薄膜,研究纳米孔道钨薄膜表面形成纳米丝的初始剂量以及纳米丝生长速率。通过和块体钨对比,发现纳米孔道钨薄膜表面形成纳米丝的初始剂量高于块体钨近一个数量级,并且在最高剂量下形成的纳米丝厚度小于块体钨的一半。通过分子动力学模拟相似辐照环境下的氦原子在纳米孔道钨薄膜中的行为和演化发现,在高温等离子体环境下,钨薄膜中的纳米孔道仍然可以有效地帮助氦原子的释放,延缓大团簇的形成,降低氦在薄膜中的滞留。4)利用高功率脉冲电子束模拟聚变堆中的边缘局域模瞬态热负荷,研究纳米孔道钨薄膜在瞬态热负荷的反复热冲击下的抗疲劳特性。通过对比不同吸收功率密度下的扫描电镜图发现,相对于块体钨,纳米孔道钨薄膜的裂纹阈值有显著的提高,这是因为在瞬态热负荷下,纳米结构的存在能够提供热膨胀的空间,以此来缓冲局域的热应力集中。