核反应堆材料的抗辐照能力及其在强辐照场恶劣环境下各种性能的变化情况直接决定着核反应堆的安全运行。与轻粒子不同,当入射重离子的能量足够高时,重离子与物质相互作用将产生特殊的辐照损伤效应,库仑爆炸效应即是其中之一。但是由于库仑爆炸效应发生在纳秒时间量级,所以现在的实验条件还无法连续地观察其发生发展的过程。近几十年来,随着计算机技术的发展,分子动力学方法(MD)已经可以对纳米尺度原子体系在皮秒级时间尺度上进行研究。本论文的主要内容就是利用分子动力学方法模拟库仑爆炸效应,在纳米空间尺度范围和皮秒时间量级内模拟库仑爆炸效应,考察晶体微观结构的变化以及分析影响库仑爆炸效应的主要因素。本论文工作中选取单晶硅材料、单晶碳化硅材料和单晶二氧化铀材料作为研究对象。单晶硅材料是探测器元件,广泛地应用于核工程探测中,而且也是重要的半导体材料;碳化硅材料在新型惰性基质燃料中作为基质材料与二氧化钚烧结在一起形成新型核燃料;二氧化铀材料作为燃料已经广泛应用于轻水核反应堆中。这些材料在核工程的应用中不可避免的将遭受到高能量重离子的轰击,在材料内部产生库仑爆炸效应。为了达到研究库仑爆炸效应的目的,本论文的工作中使用了经典的分子动力学方法,使用的软件为LAMMPS。它是一款开源的软件,主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作。模拟计算的步骤主要包括根据材料的理论数据建立体系模型、选取合适的势能函数描述体系内原子之间的相互作用、充分弛豫体系模型到相应的初始温度、选取体系模型局部区域内50%的原子为电离原子进行电离以及中和电离原子后的冷却阶段。利用LAMMPS程序输出的结果,结合可视化软件VMD和OVITO等,获得材料内原子的运动情况,再利用自编程序和辅助软件读取材料内的能量信息和原子之间的相对位置信息等,分析总结材料内的损伤情况。经过分析和总结,在硅、碳化硅和二氧化铀材料内:库仑爆炸效应能够在材料内部产生非晶化现象;在相同的初始温度条件下,随着电离时间的增加,材料内发生熔化/非晶化的区域随之增大;在相同的电离时间条件下,随着体系初始温度的升高,库仑爆炸效应产生的非晶化区域随之增大;库仑爆炸效应能够在材料内形成了冲击波,冲击波的传播表现出各向异性,不同质量的原子对冲击波的传递也表现出异性;库仑爆炸效应在材料表面产生溅射原子,溅射现象与电离时间有密切的关系;比较库仑爆炸后在硅材料和二氧化铀材料中产生的损伤情况可推断:对于硅材料,材料体系的初始温度对损伤程度影响更明显;而对于二氧化铀材料,电离时间对损伤程度影响更明显。本论文的研究成果不仅可以为材料的重离子辐照损伤效应的实验研究提供理论参考,而且也能为先进核反应堆材料的研制提供理论参考。