碳化硅（SiC）因稳定的化学性质、低膨胀率、低中子吸收截面等优点被用作为先进核能系统中一种重要的结构材料。在高温气冷堆中SiC已成熟地应用在TRISO燃料中作为包覆材料用于阻止金属型裂变产物的外溢,而在聚变堆中SiC是一种重要的第一壁候选结构材料。然而不论是在裂变还是聚变堆中,SiC都会遭受高通量的中子辐照,而SiC等材料在中子轰击下不可避免地会引发嬗变反应产生H、He等杂质,进而导致气泡与裂纹的产生。Pd金属以其优异的吸氢与释氢特性,常作为核工业中一种重要的储氚材料。而随着储氚时间的增加,氚会不断地衰变为3He。由此可见SiC与Pd在核能应用中均需要考虑H、He等原子对其微观结构的影响。此外在裂变堆中Pd则是众多金属型裂变产物中的一种,且Pd已被报道会腐蚀TRISO燃料中的SiC层,因此本文还研究了 TRISO燃料SiC层中Pd、H、He之间的协同行为。本文采用密度泛函理论研究了 3C-SiC中He原子是否存在自捕获形核现象。通过分析He团簇的结构与形成能随He原子个数的变化规律,紧凑型结构的He团簇被选为本文的研究对象。我们发现低温情况下紧凑型的He团簇其结构越大越松散,而高温情况下He团簇趋于溶解。因此不论是在低温还是高温情况下,3C-SiC中均不会发生He原子的自捕获行为。为了解释室温情况下SiC在He离子辐照下会出现盘状气泡的现象,我们结合前人的模拟结果选取了辐照后含量最高的单空位作为研究对象。通过分析空位周围He原子的溶解能,我们发现单个C空位可以明显降低远在其第三、四近邻位中He原子的溶解能,而Si空位则只能降低其第二近邻以内He原子的溶解能。此外单个C、Si空位均可以给He原子提供一个半径约0.2 nm范围的低迁移能环状通道,但He原子需要克服很高的势垒才能从低迁移能通道扩散到远离空位的位置。为此我们研究了两个单空位的耦合情况,发现两个互为近邻的C空位可以将各自的低迁移能通道拼接起来,进而实现低温情况下He原子的长距离迁移。结合材料在辐照过程中空位具有趋于成团产生的特点,我们认为一群相互毗邻的空位促进了室温下He原子的长距离迁移。SiC在制备以及辐照过程中均会产生自间隙原子,而这些间隙原子在材料中可能存在多种不同的亚稳态结构。为此我们系统地研究了 3C-SiC中多种可能的自间隙结构,并发现了一系列未曾被报道过的间隙结构。我们得到电中性的C、Si间隙原子发生全空间旋转的活化能分别为0.48 eV与0.73 eV,而发生长距离迁移的最小能垒分别为0.71 eV与0.73 eV,这与前人的模拟结果以及缺陷退火恢复的温度区间相符合。此外为了对比研究缺陷结构在带电情况下旋转与迁移行为的变化规律,我们选取了靠近价带顶且在较宽费米能级区域内形成能最低的C2+以及Si4+间隙原子作为研究对象,研究表明C2+与Si4+发生全空间旋转的活化能分别为0.59 eV与0.43 eV,即仍表现出能在较低温度下发生旋转的特点。然而C2+与Si4+发生长距离迁移的能垒为1.57 eV与3.15 eV,明显大于电中性情况下自间隙原子的迁移能垒。Pd在储氚过程中,氚衰变产生的3He容易在材料中聚集形成He泡,影响材料的宏观机械性能。为此我们研究了 H与Pd间隙原子对He团簇形核过程的影响。我们发现纯Pd体系中He原子会通过自捕获形核。由于H与He团簇之间的相互作用几乎为零,低浓度的H对He原子的形核过程几乎没有影响。而自间隙Pd原子与He原子之间表现为相互吸引,进而Pd能促进He原子聚集并加速He团簇的形核。由于TRISO燃料的SiC层中不仅含有嬗变产生的H、He等杂质原子,还存在Pd等金属型裂变产物,为此我们研究了 SiC中H、He、Pd原子间的协同行为。研究发现H可以促进其周围He原子的迁移,而Pd可以促进He原子向远离Pd原子方向迁移。在H、Pd杂质原子的共同影响下,Pd对He迁移行为的影响占主导地位,即He原子倾向于朝远离Pd原子的方向迁移。与此同时He原子向远离Pd方向进行扩散的迁移势垒得到了进一步降低。