氚的短缺是和平利用核聚变能所面临的重要问题之一。目前,获取氚的主要途径是通过Li嬗变而获得氚。能够被中子轰击产生氚的含Li材料,称为增殖剂。增殖剂分为液态增殖剂和固态增殖剂。与液态增殖剂相比,固态增殖剂有化学活性稳定,产生的氚容易提取等优点,越来越受到人们关注,成为近年来的研究热点。固态增殖剂一般为三元锂陶瓷材料,如Li2ZrO3、LiAlO2和Li2TiO3等。判断一种增殖剂优劣的重要指标之一,就是氚在增殖剂中的迁移和释放行为,这影响着氚的实际产率。而氚在固态增殖剂中的迁移过程相当复杂,涉及氚在缺陷中的吸附、在晶体中的迁移、与增殖剂表面的反应等方面,其中其微观机理目前尚不明确。本文的主要研究工作是使用第一性原理的方法,从电子结构出发,以Li2ZrO3、Li2TiO3以及Li3TaO4为例,系统的研究氚在晶体中、空位中以及含有空位的晶体中的迁移行为,并给出活化能、扩散系数等关键参数。在本文中,作者首先研究了Li2ZrO3、Li2TiO3和Li3TaO4的晶体以及Li空位的性质。在对三种增殖剂材料的晶体结构优化后,得到的晶格常数等参数与实验值相符,证明了计算方法的可靠性。接着又对三种增殖剂材料中Li空位的形成能进行了研究,发现每种增殖剂材料中都存在若干不等价的Li空位,这些Li空位的形成能各有不同。在进一步的工作中发现,所有的Li空位均是带一个负电荷的更为稳定。这说明在三种固态增殖剂中,本征的Li缺陷为带负电荷的Li缺陷,这与之前的研究结果相符。在计算了Li2ZrO3、Li2TiO3和Li3TaO4等三种固态增殖剂中Li缺陷的性质后,又计算了氚在各种Li缺陷中的吸附能。在对空位结构进行分析后,发现增殖剂中的Li空位是由6个含有悬挂键的O原子包围而成的,因此在每种Li空位中都有6个氚的吸附位,各吸附位间的吸附能存在差异。计算结果表明,当增殖剂材料中的Li空位吸附了氚原子后,整个系统呈电中性时最为稳定。在Li2ZrO3和Li2TiO3中各吸附位吸附能的高低,和空位周围的锂-氧（Li-O）键平均键长相关,而在Li3TaO4中,不仅和Li-O键长相关,还和空位周围的钽-氧（Ta-O）相互作用相关。增殖剂材料中Li空位对氚的吸附能力较强,这表现在吸附了氚原子后体系能量降低了4.0eV以上;而对He的吸附能力较弱,这是由于He的化学活性很低,不与任何原子发生相互作用,因此预测He可以很容易从固态增殖剂中迁移出来。在此研究基础上,本文对氚在Li2TiO3和Li3TaO4晶体Li空位中的迁移行为进行了系统研究。结果表明,氚在Li2TiO3晶体的Li空位中迁移,活化能最多不超过0.85eV;而在Li3TaO4晶体的Li空位中迁移,活化能最多不超过0.72eV。基于对局域电子态密度的分析可知,在氚迁移过程中,活化能的高低取决于氚-氧（T-O）之间的相互作用。表现在原子结构上,一般情况下迁移路径长则活化能高,迁移路径短则活化能低。对于扩散系数的计算表明,在600K时,氚在各种增殖剂材料Li空位中的最大扩散系数为,Li2TiO3中1.98×10-11m2/s、Li3TaO4中4.77×10-10m2/s。这说明在Li3TaO4晶体的Li空位中,氚更容易扩散。本文还对氚在Li2TiO3和Li3TaO4晶体中的迁移行为做了研究。在含有Li空位的Li2TiO3晶体中,氚的活化能最低为0.76eV。而在Li3TaO4中,最低活化能为0.51eV。在迁移路径中,氚原子从Li空位内向Li空位外迁移时,活化能最高。因此预测,Li空位的存在是影响氚在增殖剂材料中迁移的主要因素。基于以上的结果,本文提出了氚在增殖剂材料中迁移的计算模型。氚在含有Li空位的增殖剂材料中迁移,可以分为三个步骤进行分析:氚在Li空位内迁移;氚逃逸出Li空位;氚在晶体中迁移。在三个步骤中氚逃逸出Li空位的迁移势垒最高。该模型的提出可以为预测新的固态增殖剂材料提供理论依据,有利于加快实现相关固态增殖剂的应用。