认识和预测金属材料在反应堆内真实服役环境下力学性能的变化规律及其微观机理,一直以来都是核能安全领域亟待解决的关键问题之一。针对目前严重缺乏相关规律性认知的研究现状,以中子活化率极低的高纯铝(>99.9995%)为研究对象,系统开展了高纯铝在模拟反应堆服役环境条件下力学性能的变化规律研究,掌握了高纯铝力学性能随服役环境因素改变的变化规律,并揭示其微观机理。主要开展了以下研究工作:首先,自主设计建立了一整套中子辐照预应力状态金属样品的制备技术,采用该技术制备了不同预应力大小、预拉伸/压缩应力状态,预应变量和预应变状态的中子辐照高纯铝样品,为后续宏/微观实验研究提供了必要的条件保障。其次,采用材料试验机、霍普金森杆和电磁膨胀环实验技术,系统开展了中子辐照预应力、预应变状态高纯铝的动/静态宏观实验研究,获得了中子辐照预应力状态条件下,高纯铝拉伸/压缩形变和断裂特性的变化规律,结合TEM显微分析实验研究,揭示了辐照缺陷、林位错和强化颗粒等对金属基体材料产生硬化和脆化效应的等效机制,且位错通道并不是辐照脆化的必要条件。再次,研究发现中子辐照预应力状态会导致退火态金属材料软化,结合TEM显微分析,发现较低中子剂量时金属材料拉伸性能软化与辐照缺陷沿预应力方向的择优取向性分布有关;同时,还发现预拉伸/压缩应力均能够极大得促进辐照退火效应,抑制辐照硬化和脆化效应。最后,基于JC本构关系,建立了金属材料含辐照剂量、预应力和预应变的等效脆化模型,将复杂的脆化问题转变为相对简单的硬化问题,降低了问题的难度。以上研究结果极大得提升了中子辐照预应力状态金属材料形变和断裂特性随辐照剂量,预应力大小、预拉伸/压缩应力状态,预应变大小、预应变方式和应变率效应的变化规律和机理认识水平,能够为后续进一步认识和评估反应堆用金属材料在真实服役环境下力学性能变化规律提供基础数据和研究方法,具有较高的科学意义和工程价值。