托卡马克是到目前为止最有可能实现可控核聚变的装置,偏滤器为托卡马克中为实现排除聚变反应产生的杂质粒子和热负荷而引入的主要部件。钨具有熔点高、溅射产率低、氚滞留率低等优点成为面向等离子体壁材料的主要候选。作为面向等离子体材料,钨材料将承受强氢同位素粒子流辐照,诱导微观结构（缺陷和气泡结构）形成,从而加剧氢同位素燃料在钨中滞留。氢的同位素氚具有放射性并且价格非常昂贵,考虑到核聚变的经济性和安全性,需要控制钨材料中氚的滞留量,其中,ITER中要求氚滞留量在700克以下。因此,研究钨中燃料的滞留对于实现核聚变非常重要。在托卡马克运行期间,氢同位素粒子辐照材料表面,与形成的微观结构发生直接作用,导致复杂的燃料滞留过程。一些实验开展了微观结构（气泡）演化对燃料滞留的影响研究,然而,氢粒子辐照诱导的微观结构形成机理和演化行为尚未清楚。因此,本论文通过构建相关物理模型和开发相应程序,开展了钨材料中氢气泡行为及其对燃料滞留影响的研究。论文结构安排为:论文第一章主要介绍了本工作的研究背景、研究进展以及本论文的研究内容。第二章介绍了二维混合氢同位素滞留程序（2D Hydrogen Isotope Inventory Process-Monte Carlo code,HIIPC-MC）的物理模型和数值方法。研究内容分为两部分,其构成了本论文的第三、四章。第三章,采用HIIPC-MC程序研究了循环冲压和迁移结合机制对氢气泡生长的影响。研究发现气泡初始半径、温度和氢粒子辐照流影响两种机制的作用效果。当这两种机制共同存在时,气泡的生长趋势明显。循环冲压机制在大的初始半径、高的氢辐照流的情况下对气泡的增长起主导作用,迁移结合机制在小的初始半径、高的材料温度时对气泡的增长起主导作用。在循环冲压机制作用下,钨近表面处的气泡比材料内部的气泡生长趋势更加明显,形成大气泡;在迁移结合机制驱动下,气泡生长更加均匀。第四章,通过添加表面滞留模块和氢自团簇成核模块升级了HIIPC-MC程序,研究了低能高氢同位素粒子流辐照下自团簇气泡的演化及其对燃料滞留的影响。采用表面滞留模块与HIIPC耦合计算了材料中氢同位素密度分布,作为氢自团簇成核模块的输入参数,研究了温度、辐照流、材料缺陷浓度对氢自团簇成核的影响。研究结果表明,温度可以影响氢自团簇成核,当温度大于450 K时可以忽略氢自团簇成核对气泡演化的影响。辐照流越大,材料中氢自团簇成核的范围越大并且氢自团簇成核越容易。小的缺陷浓度使材料中捕获氢少,自由氢多,更有利于氢自团簇气泡成核。将气泡演化模块（MC）由二维升级为三维,给出了氢自团簇气泡在表层的分布,分析了氢自团簇气泡演化过程以及氢自团簇气泡演化对燃料滞留的影响。结果表明,钨表层中氢自团簇气泡数量最多、半径最大,能够增加表层氘的滞留,并且随着气泡的生成与增长这种效应越来越明显。在不考虑气泡破裂与连通的情况下,氢自团簇气泡对总滞留量的贡献较小。第五章,总结了本论文的研究结果和创新点,并对未来工作进行了展望。