硼硅酸盐玻璃是固化高放废物（High Level Waste,HLW）的候选材料之一。在深地质处置过程中,放射性核素的α、β衰变以及伴生的γ射线会导致硼硅酸盐玻璃固化体微观结构与宏观机械性能发生变化,进而影响其固化性能。因此,研究其辐照效应对于实现高放废物硼硅酸盐玻璃固化具有重要意义。目前,实验与理论研究主要集中在辐照导致玻璃网络聚合度、能量带隙和Urbach能量的变化,缺陷和气泡的产生以及宏观性能的改变等方面。然而,在辐照导致缺陷的形成机理、机械性能变化的微观机理等方面需要进一步实验和理论研究。在课题组前期研究的基础上,针对辐照导致硼硅酸盐玻璃缺陷形成及硬度与杨氏模量变化的微观机制问题,本论文工作利用P、Kr、Xe离子与γ射线辐照硼硅酸盐玻璃,结合多种分析测试手段:傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、纳米压痕仪（Nano-indentation）、电子顺磁共振波谱仪（EPR）、紫外可见吸收光谱仪（UV-VIS）,分析了辐照前后样品微观结构与宏观性能的变化,讨论了辐照导致玻璃硬度与杨氏模量变化以及缺陷形成的微观机理。研究内容主要包括以下两部分:1.离子和γ射线辐照导致玻璃硬度与杨氏模量变化的微观机理该部分工作使用离子和⁶⁰Co-γ射线辐照了两种硼硅酸盐玻璃（NBS1和NBS2）,辐照离子种类包括:0.3 MeV P⁺、4.0 MeV Kr¹⁷⁺、5.0 MeV Xe²⁶⁺和多能量Xe（17⁺@1.6 MeV、17⁺@3.2 MeV、26⁺@5.0 MeV）,利用傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪以及纳米压痕仪分别探究了辐照导致玻璃微观结构与机械性能的变化。结果表明:（1）两种玻璃的硬度与杨氏模量均呈现先减小后饱和的相同变化（NBS1:（35）H≈36%,（35）M≈18%;NBS2:（35）H≈35%,（35）M≈19%）,杨氏模量下降仅为硬度的50%,硬度和杨氏模量变化均无明显组分相关性。（2）不同离子辐照后,硬度和杨氏模量的变化趋势和变化量基本相同,说明在电离能损率小于4 keV/nm时,硬度与杨氏模量的变化只与核能量沉积相关。（3）首次从实验上证实了离子辐照后两种玻璃中[BO₄]结构单元的B-O键断裂是导致非桥氧[NBO]含量增加的主要原因,而非Si结构变化所致。（4）玻璃中的Si-O-B^IV结构转换为Si-O-B^III结构,引发B配位数减小、NBO含量增加以及玻璃网络聚合度减小,是导致玻璃硬度和杨氏模量下降的主要原因。杨氏模量下降值较小的原因为:大环数量减小和玻璃结构致密化会导致杨氏模量在一定程度上的恢复。（5）γ辐照不会导致两种玻璃的硬度与杨氏模量发生明显变化,进一步说明了在离子辐照情况下,核能量沉积是导致玻璃硬度与杨氏模量变化的主要原因。2.γ辐照诱发玻璃缺陷的形成机理以及能量带隙、Urbach能量变化的微观机制该部分工作利用电子顺磁共振波谱仪（EPR）分析了⁶⁰Co-γ辐照后玻璃缺陷类型、浓度以及缺陷的形成机理;利用紫外可见吸收光谱仪（UV-VIS）研究了玻璃的能量带隙与Urbach能量变化的微观机制。结果表明:（1）随着γ辐照剂量的增加,NBS1与NBS2玻璃的EPR波谱强度增加,但是形状没有变化,这表明产生的缺陷类型无剂量相关性。（2）本工作通过EPR波谱拟合结果发现了NBS1和NBS2玻璃中存在的具体缺陷类型。相比于现有研究结果,拟合度更高,缺陷类型更为详细,这对于缺陷的形成机理研究具有重要意义。（3）根据玻璃结构分析和Imai模型,缺陷的形成机理主要可以分为四类:1.玻璃结构中分子键的断裂以及重新组合;2.预存缺陷的转换;3.潜在缺陷的转换;4.缺陷对的扩散。（4）辐照产生的缺陷导致玻璃导带和价带沿低能和高能两个方向延展,从而导致能量带隙的减小;辐照导致能量带隙的减小与多种缺陷的形成过程相关,但具体单一缺陷对于带隙变化的贡献需要进一步研究。（5）本工作基于辐照产生的缺陷,进一步阐明了辐照导致Urbach能量变化的微观机制:辐照产生的缺陷导致玻璃中出现了更多的局域态,使得带尾宽度增加,从而引发玻璃Urbach能量的上升。