低活化钢是核聚变堆工程可行性测试的首选结构材料。聚变反应引起的高能中子辐照会在低活化钢中引入嬗变产物He并可能产生He泡,从而对其力学性能产生不利影响。同时,低活化钢所承受的复杂应变、周期性的热应力和高温的环境将使得He与低活化钢的相互作用变得更为复杂。为了对服役条件下He对低活化钢力学性能的影响做出预测,揭示实验现象无法直接体现的微观机制,本文对He与bcc-Fe基体的相互作用进行了计算模拟,采用第一性原理模拟了应变下间隙He原子在bcc-Fe基体中的溶解和迁移行为,采用分子动力学模拟了He原子及其团簇对bcc-Fe中位错的钉扎效应。本文通过第一性原理研究发现,无论施加应变与否,间隙He原子在四面体间隙位都更加稳定。尽管八面体间隙位有更多的电荷转移,但Fe和He间键合更弱,因而溶解能更高。He原子和Fe原子间形成了离子键,这会削弱bcc-Fe基体的金属键,从而可能降低金属的塑性和延展性。在应变下,不同方向的间隙He原子的迁移能垒表现出不同的线性变化趋势,在某一特定应变下,总有一些方向的迁移能垒降低,另一些则会升高。He原子更容易沿着能垒降低的方向迁移,因而0应变时均匀的He原子分布在应变下会被打破,He更容易聚集成团簇,进而形成氦泡,影响材料的力学性能。通过分子动力学研究发现,位错摆脱He钉扎的临界切应力随着He团簇的增大、团簇间隙距离的减小以及离滑移面距离的减小而增大。临界切应力的大小和团簇间距的倒数之间呈线性的关系。位错本身的应力场会影响团簇对位错的钉扎作用,同时,温度的升高将造成临界切应力的减小。两种模拟的结果表明,He原子的溶解和迁移会引起Fe基体电子结构的变化,聚集形成的He团簇则能够钉扎位错。同时,应变的存在会导致He原子更容易发生聚集,形成的团簇对位错的钉扎作用也会受应力场的影响而发生变化。温度的升高会让位错更容易开动,从而部分抵消He原子或其团簇的强化与硬化效果。本文从模拟研究中得出的微观机制将有助于理解低活化钢服役条件下的力学性能变化。