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氚增殖是未来聚变能利用可持续进行的必要条件，寻找性能优良的氚增殖材料并评估其在未来聚变环境下的使役行为成为科学研究的前沿和热点。钽酸锂(LiTaO3)具有高的熔点、低氘解附温度和高热导率等优异物理性质，是非常有潜力的聚变堆候选氚增殖材料。深入开展载能离子与LiTaO3晶体相互作用的研究，不仅为评价LiTaO3作为聚变堆氚增殖材料的可行性提供重要的科学依据和基础数据，而且为离子注入/辐照改性LiTaO3材料的应用提供可行的技术方法。
本论文利用100keV的H离子，100、250、500keV的He离子，300keV、3.0、6.0、8.0MeV的Xe离子，1.0、6.0MeV的Bi离子，以及30.0、375、1980MeV的Kr离子分别轰击了LiTaO3单晶材料样品，应用紫外可见近红外光谱仪、光学显微镜、三维轮廓仪、卢瑟福背散射、X射线衍射和拉曼分析等技术分析了实验样品，系统研究了离子束在LiTaO3单晶材料中引起的注入/辐照效应。主要研究内容和结果如下:
1.研究了离子注入LiTaO3晶体产生的缺陷，结果表明:H、He离子注入达到一定注量时，产生的缺陷导致可见光区产生强烈的吸收;而Xe、Bi离子注入和Kr离子辐照基本上不产生引起晶体光学吸收的点缺陷和色心，且Xe、Bi离子在高注量下引起材料透射率显著增加。
2.研究了H、He、Xe、Bi离子注入LiTaO3晶体导致的晶格无序化，评价了在以上离子辐照下LiTaO3晶体的抗辐照性。发现离子注入导致晶格无序度与注入离子种类、能量及晶体取向有关。
3.研究了高能Kr离子辐照下，电子能量沉积对晶体吸收边红移的影响。结果表明:辐照能量为30、375MeV时，吸收边(Y)随ΩSe（总电子能量沉积密度）的变化近似符合Y=A(1-βe-k·ΩSe)规律;应用热峰模型解释了晶体吸收边红移机制。
4.研究了不同能量的He离子在LiTaO3中的注入效应，结果表明:100和500keV的He注量达到1.0×1017ions/cm2时，样品表面均出现大量起泡;500keV的He注量达到5.0×1017ions/cm2时，表面出现多次剥离形成大量的带状结构。250keV的He注入超过5.0×1016ions/cm2时，表面相续出现凸起、开裂的条纹，其中注量为1.0×1017ions/cm2的样品，在空气中放置60天后，表面沿着原来的条纹出现大面积的剥离。
5.研究了100keV的H离子在LiTaO3中的注入剂量效应。结果表明:随着注量的增加，与阳离子相关的声子模半高宽呈现先减小后增加的趋势，与阴离子相关的声子模的半高宽呈现增加趋势。分析认为H+占锂空位致晶格畸变的降低和辐照损伤两个竞争过程同时作用于晶格结构。