铁基材料不仅在工业领域有广泛的应用,同时也作为第四代核能系统中结构体的候选材料,因此其在特定环境下的物理性质受到相关研究者的极大关注。研究发现,在核能系统运行的过程中,空气、含一定氧浓度的水和液态金属对结构材料的氧化腐蚀严重影响了材料的物理性能,如材料热导率降低,而且氧化层的脱落会阻塞元器件的通道,影响系统的安全运行。不仅如此,实验发现辐照环境下材料氧化腐蚀更加严重,最直观的表现是氧化层厚度的增加,大幅度缩短了材料的使用寿命。因此在材料服役过程中如何降低氧化腐蚀对材料的损害成为限制核能发展的关键问题之一。相关理论研究也表明辐照产生的空位缺陷加速了氧化物形核和氧化层生长的过程,但辐照促进氧化腐蚀的物理微观过程和图像仍不清楚。如初始氧化阶段基体中间隙氧原子微观迁移过程,空位如何加速氧化的形核和生长等等。因此,我们采用第一性原理计算方法从原子尺度分析间隙氧原子和空位的溶解扩散性质以及两者的相互作用,深入理解铁基结构材料氧化腐蚀的微观过程,解释实验现象,并为研究长时间大尺度的氧化腐蚀提供必要的能量学和动力学参数,从而对材料的腐蚀防护提供建议。主要的内容和结果如下:首先,通过构建晶界氧化模型考察了体心立方结构铁晶界（（50）3（111）、（50）5（310）和（50）5（210））中间隙氧原子的溶解和扩散性质,以及不同的晶界结构对间隙氧能量学性质的影响,明确晶界在氧化过程中扮演的角色。研究发现间隙氧原子在晶界区的溶解能小于过渡区和类块体区溶解能,表明间隙氧原子容易偏聚和迁移到晶界附近;同时,晶界中间隙氧原子的溶解能依赖于晶界结构,与近邻原子配为数、键长和空间以及电荷转移量等密切相关。当间隙氧偏聚到晶界时,与近邻的铁原子发生强烈的电荷转移,其相互作用主要是离子相互作用。紧接着使用爬坡弹性带方法考察间隙氧原子在晶界、过渡区和块体中的迁移特征,发现迁移能垒受晶界结构的影响较大。对于（50）3（111）晶界,氧原子克服较低能垒（小于块体中迁移能垒）偏聚到晶界处,但需要克服较高能垒才能到达（50）5（310）和（50）5（210）晶界附近。同时,间隙氧原子在（50）3（111）和（50）5（310）晶界区扩散能垒高于块体中扩散能垒,表明间隙氧不易沿晶界扩散,而在（50）5（210）晶界的扩散能垒与块体接近。基于无缺陷晶界间隙氧的溶解和扩散特性,构建了辐照环境下的晶界氧化模型,进一步研究空位缺陷在晶界附近的偏聚和扩散特征,及其对氧原子的溶解和扩散的影响。研究发现空位在晶界区的空位形成能小于过渡区和类块体区的空位形成能,表明空位也容易偏聚和迁移到晶界附近;当晶界中间隙氧原子周围的近邻位点上存在铁原子空位时,晶界、过渡区和块体中间隙氧原子的溶解能降低,说明空位的存在可以促进周围间隙氧原子的溶解,溶解的过程是间隙氧原子p轨道和铁原子d轨道电子自由化的过程。同时,过渡区和块体的间隙氧原子与周围第一近邻空位之间具有很大的结合能,形成稳定的复合体结构,降低了结构中间隙氧原子和空位向晶界区的偏聚和迁移能力。不同的是,晶界区的间隙氧原子与周围第一近邻空位结合相对较弱,在空位和间隙氧原子相互作用的范围内,间隙氧原子的迁移只需要克服较低的能垒（小于无缺陷晶界中迁移能垒）,表明晶界区的空位可以加速间隙氧原子的扩散,而铁原子排列分布比较致密的区域形成的空位对间隙氧原子的迁移促进效果更加明显。上述研究说明了氧化过程中氧化物和纳米通道优先沿晶界等高能缺陷处形成,验证了实验上观察到氧化物在晶界附近分布。对于氧化腐蚀初始阶段,无辐照环境下,间隙氧原子主要以体扩散形式,晶界难以促进间隙氧原子的扩散;辐照环境下,间隙氧原子主要以晶界扩散形式,块体中容易形成空位和氧的团聚物。说明在辐照条件下多晶材料的抗腐蚀性能明显下降。