核能的不断发展,导致大量的核废物产生,其中,高放射性核废物的安全处置问题一直是人们关注的焦点。目前,处理核废物的主要方式是将高放射性核废物固化处理后进行深地质掩埋。因此,固化材料的选择成为了核能发展过程中必须要解决的问题。材料的抗辐照性能是其能否作为固化材料的重要依据。因其优异的物理性能以及对高放射性核素的包容性,磷灰石(M₁₀（Ao₄）₆X₂)和钛酸盐萤石结构衍生物（Ln₂Ti₂O₇和Ln₂TiO₅）已经作为潜在的核废物固化材料被广泛研究。磷灰石具有很好的热力学稳定性,是地球表面最丰富的天然矿物之一,最常见的磷灰石是氟磷灰石(Ca₁₀（Po₄）₆F₂),氯磷灰石(Ca₁₀（Po₄）₆C₁₂)和羟基磷灰石(Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂),所以本文将结合实验和第一性原理计算,通过实验方法探究不同阴离子（F^-,Cl^-,OH^-）磷灰石结构陶瓷材料之间抗辐照非晶性能之间的差异,然后通过第一性原理计算对实验结果进行解释。同为萤石结构衍生物,Lu₂Ti₂0₇和Lu₂Ti0₅都是立方结构,前人己通过实验对二者的辐照性能的异同进行了研究,本文通过第一性原理计算,解释了这两种陶瓷材料在Kr离子辐照下辐照辐照性能的差异。本文中所用的磷灰石样品为Ca₁₀（PO₄）₆X₂,我们用800keV的Kr²⁺在室温下以不同剂量辐照磷灰石陶瓷材料,辐照后的样品用GIXRD和TEM表征三种磷灰石材料的抗辐照非晶性能,发现三种磷灰石在Kr²⁺辐照下都发生了非晶转变,但是三这的抗辐照非晶性能存在一定的差异,具体来说:氟磷灰石的抗辐照非晶性能最强,氯磷灰石次之,而羟基磷灰石的抗辐照非晶性能最差。通过第一性原理,计算了三种磷灰石的电荷密度图和Mulliken population,通过分析三种磷灰石的电荷密度图和Mulliken population,我们发现,三种磷灰石中化学键的差异主要表现在Ca2-X键之间的差异上,其中Ca2-F的离子性最强,而Ca2-Cl键的离子性次之,而Ca2-OH则已经开始表现出一定的共价性。由于材料中的共价键会使得辐照后产生的缺陷难以迁移,从而导致辐照后缺陷很难回到原来位置或与杂质原子复合,在此情况下,缺陷逐渐累积进而导致材料的非晶转变。三种磷灰石中,由于羟基磷灰石中Ca2-OH的离子键最弱,所以羟基磷灰石的抗辐照非晶性能最差,而氟磷灰石的Ca2-F键强的离子性使得氟磷灰石有了最好的抗辐照非晶性能。为了证明这一的解释的合理性,我们进一步计算了X空位在三种磷灰中由Ca2原子形成的通道中的迁移能。F空位,C1空位,OH空位在三种磷灰石通道结构中的迁移能分别为0.98 eV,1.14 eV和1.62 eV。即F空位在通道结构中最容易迁移,Cl空位次之,OH空位最难迁移。这一结果验证了共价键使得缺陷很难迁移这一观点。最后,我们还计算了烧绿石结构Lu₂Ti₂O₇的晶格常数随缺陷（反位）数量增多的变化情况,目的是想要更进一步的理解课题组其他成员的实验现象。该实验现象为:结构相似的Lu₂Ti₂O₇和Lu₂TiO₅在辐照下均发生了晶格肿胀,但是Lu₂Ti₂O₇的晶格肿胀程度要明显大于Lu₂TiO₅。我们的计算表明,随着晶胞中反位数的增多,Lu₂Ti₂O₇的晶格肿胀程度逐渐加大。我们计算的Lu₂Ti₂O₇的晶格肿胀随反位变化的曲线与实验相符,故我们认为辐照时产生的反位是导致Lu₂Ti₂O₇发生肿胀的重要因素,而Lu₂TiO₅本来就是阳离子无序的,其肿胀没有反位的贡献,所以Lu₂Ti0₅的肿胀程度相较于Lu₂Ti₂O₇要更低。