核电是唯一可以大规模替代化石能源的低碳清洁能源,是我国能源绿色发展的支柱。大力发展核电必须将核安全放在首位。核反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)作为核电站唯一不可更换的关键性设备,其服役安全决定着整个核电站的运行安全及使用寿命。RPV钢在服役的过程中经高能中子辐照后出现屈服强度升高和韧脆转变温度向高温区移动的硬化和脆化现象。辐照诱导RPV钢中产生的富Cu析出物(Copper-Riched Precipitates, CRP)是导致RPV钢硬化和脆化的主要因素之一。由于很难通过原位观察等实验手段研究CRP,所以到目前为止,关于CRP导致RPV钢硬化和脆化的机制还不是很清楚。本文采用第一性原理和分子动力学方法研究了CRP对RPV钢硬化和脆化的影响。首先,研究了RPV钢基体的塑性形变,并对基体塑性形变的产生机制进行了分析。其次,研究了Fe-0.3 at.%Cu和Fe-3 at.%Cu合金的初级损伤。考察了级联碰撞过程中不同能量的初级离位原子(Primary Knock-out Atom, PKA)和辐照温度对点缺陷及点缺陷团簇的影响。探寻了Cu团簇产生的临界条件,并对Cu团簇产生机制做了分析。再次,研究了CRP的形成机制和相变结构,跟踪了Cu原子的相变轨迹,并对空位在CRP形成和相变过程中的具体作用进行了分析。最后,比较了纯Cu和Cu-Ni析出物与位错的交互作用。研究了两种析出物与位错的交互作用机制,并分析了Ni的存在对析出物与位错交互作用的影响。论文的主要结论如下：(1)加载过程中,压入深度为0.69 nm时出现位错。随压入深度的增加位错长大成位错环,基体塑性形变加剧。卸载过程中,位错环不断减小,当压头恢复到起始位置后,基体中残留有位错环,基体产生永久塑性形变。基体中残留的位错环是基体产生永久塑性形变的关键因素。(2)级联碰撞可导致在Fe-0.3 at.%Cu合金中产生稳定的点缺陷和点缺陷团簇。随PKA能量和辐照温度的增加点缺陷数量随之增加。随辐照温度的升高,点缺陷团簇数量先增加后减小,这一现象是由于间隙原子和空位在热的作用下从点缺陷团簇中逃逸出来造成的。PKA能量为20 keV,Cu含量为3 at.%,辐照温度为10K时,在级联碰撞过程中观察到了Cu团簇。空位在Cu团簇形成过程中起到了至关重要的作用,Cu原子团聚在一起后体系能量降低是Cu团簇能够存活下来的主要原因。(3)Cu-空位间的结合能高于Cu-Cu间的结合能、Cu的加入降低了空位的迁移能、随空位浓度的升高Cu原子扩散系数增大,这些结果说明空位的存在促进了CRP的形成。多个Cu原子与空位的结合能随Cu原子数的增加而增大、空位进入析出物后体系能量降低,这些结果说明CRP形成后反过来又会捕获空位变成空位的陷阱。CRP经热处理后发生了由bcc到fcc、hcp或Unknown结构的相变。空位的存在使析出物产生了剪切应变,剪切应变使初始位于bcc(110)面的原子转变为fcc(111)面的原子诱发了析出物的相变。(4)比较纯Cu和Cu-Ni析出物与位错的交互作用发现,前者与位错的交互作用存在尺寸依赖关系,随析出物尺寸增加临界应力随之增加；后者与位错的交互作用在析出物尺寸超过2.38 nm时不再存在尺寸依赖关系,此后继续增大析出物尺寸,临界应力几乎保持常数不变。位错与纯Cu和Cu-Ni析出物的交互作用可导致直径为4 nm的纯Cu及直径为3.61 nm和4.75 nm的Cu-Ni析出物发生由bcc到fcc或hcp结构的相变。Ni壳层周围的应力场加剧了Cu原子的相变,相变的发生弱化了Cu-Ni析出物对位错的阻力,从而使位错在切过Cu-Ni析出物时比切过纯Cu析出物时更容易。纯Cu和Cu-Ni析出物与位错的交互机制均为切过机制。