等离子体与壁面材料的相互作用是实现在经济上可行的聚变能应用的主要挑战之一。目前金属钨（W）凭借其优异的热机械性能、良好的抗腐蚀性能和较低的氚滞留率等特点,已被广泛认为是等离子体面壁材料（PFM）的首选材料。但大量实验表明,当W壁暴露在低能量、高通量聚变等离子体下时,W壁表面形态会发生变化,并在特定条件下形成“模糊特征”的纳米绒毛结构。这将严重影响PFM的热机械性能、增加氦（He）及氢同位素的滞留率、改变W表面的侵蚀率和增加W尘的产生率等。这些可能的后果会严重缩短PFM的寿命、破坏等离子体的约束性能。因此,研究特定条件下W壁表面纳米级绒毛结构的形成机制非常重要。尽管大量实验表明W绒毛的生长很可能和壁材料内部He粒子的聚集、He团簇的生长、气泡的形成和W壁表面形态的变化有关,但是迄今为止在原子层次上针对W绒毛形成机理的模拟研究却非常欠缺。由于缺少这一领域的系统研究,前人工作不可避免地引入了大量缺乏物理依据的主观假设。考虑到经典分子动力学模拟（MD）非常适合于研究忽略量子效应的微观或亚介观问题,本博士论文旨在应用该方法在原子层次上研究He粒子在W基体中的动力学行为,深入理解W绒毛结构在特定的温度、能量、流量等参数范围内出现和生长的物理原因。由于低能He离子在接触到金属钨后,在飞秒时间内就能变成原子。为避免混淆,在后文中统称W基体中的He原子和He离子为He粒子。全文共分六章,详情如下:第1章首先简要介绍了与本博士论文有关的背景知识。随后阐述了本博士论文的目的和动机:采用适用于原子尺度的经典MD方法研究在低能量、高通量He离子辐照W壁表面时,He粒子在材料内部的动力学行为,进而解释宏观尺度的实验现象。本章的最后部分概述了论文的组织结构。第2章由三部分构成。第一部分首先介绍了相关研究领域常用的模拟方法以及本文选用经典MD方法开展研究工作的依据。第二部分针对W-He-H系统的介绍了本课题MD研究中应用的一些具体技术细节。在这部分着重介绍了 Bonny-EAM[Bonny et al,J.Phys.Condens.Mat.26（2014）485001]作用势适用性的验证,并简述了本研究使用的计算资源。第三部分使用Bonny势,初步分析了 He/D团簇在W材料内部的扩散特性。第3章,在80 eV的高流量He离子（～1028 m-2 s-1）轰击2100 K的W基体（模拟单元含有24400个W原子）（001）面的情况下,应用分子动力学方法在原子尺度上研究了He粒子在W材料内部的动力学行为和W表面形貌的演化。模拟时间长达72 ns。模拟发现:大量He粒子能在W材料内部滞留,这是He团簇（本文将大的He团簇称为气泡）捕获He粒子并阻止其向材料表面扩散的结果;小的He团簇在不断捕获He粒子后将形成气泡,气泡不断变大并向外移动,最终将在材料表面发生破裂、释放He粒子;一个重要的发现是He团簇通常在相对狭窄的He/V比值范围内（1～3）增长。此外,在气泡向外移动的过程中,W原子将从材料表面向内迁移。第4章,在300～2100 K的W基体温度和入射能80 eV的He离子轰击的条件下,应用分子动力学方法模拟研究了不同的He离子入射通量对W材料表面下He团簇尺寸的影响。在本工作中,保持其它宏观物理量恒定;在不同He离子入射通量（～3.0×1027,～1028,and～1029 m-2 s-1）情况下,当入射He离子总剂量达到～2.5× 1020 m-2时,算例终止。.模拟结果表明,He团簇尺寸和分布与入射的He离子通量密切相关:入射通量越高,He团簇的平均尺寸越小、数量越多,其主要分布在距离材料表面较远的区域。本工作还发现,He团簇对He原子的捕获效应与W基体温度密切相关:在较高W基体温度（2000 K）下,He团簇对He粒子的捕获效应比在较低温度（1000 K）时更强,进入基体中的He粒子慢化得越快。第5章,在低能He离子注入通量为～1028 m-2 s-1时,应用分子动力学方法模拟研究了 W基体表面取向和He离子入射能量对He粒子在基体中行为的影响。模拟时间长达24 ns。模拟结果表明,W基体表面取向不仅在确定He团簇的深度分布上起重要作用,而且对He粒子滞留和He团簇尺寸也有很大影响:当He离子轰击在（110）表面时,He粒子在W材料中的滞留率最小;而当He离子轰击在（111）表面时,He团簇在W材料中更容易横向生长;此外,本工作还发现（001）表面最有利于W绒毛的生长。He离子入射能量对He粒子在W材料中的滞留一般也有很强的影响一He粒子的滞留率随入射能量的增加而增加,但在较低能量范围内,He粒子在W材料中的滞留几乎不依赖于温度。第6章总结了全文的主要结果和结论,从中凝练了三个创新点,并讨论了未来的研究方向。现博士论文的研究结果可以帮助人们从原子层次上定性地理解钨绒毛在一定宏观参数范围内生长的实验现象。未来工作需要把原子层次的信息与几十纳米量级尺寸的W绒毛生长现象直接联系起来,以便更全面定量地理解低能He粒子对W结构的影响。