随着核能技术的大力发展和应用,人们迫切需要了解锕系材料的基本物理和化学性质,尤其是稀有气体对其结构和物性的影响。本文以强关联电子体系锕系氧化物与稀有气体间复杂化学键的理解和预测,这一核能领域的重要应用问题和凝聚态物理领域的前沿基础科学问题为出发点,在传统密度泛函理论（DFT）计算的基础上,应用先进的计算方法,包括DFT+U、范德华力修正、第一性原理分子动力学等,准确理解锕系氧化物（U_xO_y）的电子结构、磁学和相稳定性等基础性质,探讨稀有气体（RG）与锕系氧化物及其表面之间的化学键和扩散特性,以及对其相稳定性和电子性质的影响,了解环境对上述化学键和物理性质的影响,获得锕系氧化物与稀有气体相互作用的化学性质与其5f电子特征之间的内在联系。本文首先测试了采用RPBE+U+VDW-D3方法对强关联体系的弱相互作用进行描述的可靠性,确定了描述强关联体系中弱相互作用的研究方法。计算了不同惰性气体原子在UO₂（111）表面上的吸附以及在体相原胞内部的掺杂,对比了几类常用泛函（例如PBE、PBEsol、RPBE以及revPBE）和范德华力的影响,结果表明采用GGA-RPBE泛函来描述体系的结构和电子性质,可得到与实际观测较为相符的理论研究结果深入理解了几类主要的锕系氧化物表面。通过表面结构优化和能量计算得知UO₂（111）比UO₂（001）表面更为稳定,且为反铁磁（AFM）表面,其自旋向上和自旋向下面沿[001]方向交替排列。在表层和亚表层,氧的空位形成能明显低于内部,而表面铀空位缺陷不易形成。氮原子比碳原子更易吸附在表层氧空位中,这与实验常用表面氮化来保护铀及铀氧表面相吻合。完成并掌握了稀有气体与锕系氧化物表层/亚表层之间的吸附及扩散性质。发现稀有气体He、Ar和Xe更倾向于吸附在UO₂（111）表面的hollow位置,吸附能计算则表明其与表面间呈现明显的弱相互作用,在表面的扩散势垒亦非常低。吸附能随着稀有气体浓度的增加而略降低,并且稀有气体的电荷分布从局域开始向离域转变。稀有气体原子向表面内层的吸附随着深度的增加变难,易引发局域结构的明显变形。进一步的研究和讨论了水环境下的稀有气体吸附。以1/4ML和1ML水单分子层在UO₂（111）表面的覆盖为例,发现在水分子浓度较低的情况下,稀有气体在表面的吸附能甚至略微降低,稀有气体占据UO₂（111）表面上与水分子近邻的hollow位置。而当表面水分子浓度升高后,稀有气体倾向于被水分子层的hollow位置所捕获,但吸附性能变差。另外,也对同为锕系氧化物的PuO₂表面进行分析计算,其具有与UO₂相似的性质,即PuO₂（111）表面的基态为自旋沿[001]方向交替排列的反铁磁（1 K-AFM）。稀有气体原子在表面的hollow位置为最稳定吸附位点,原子半径较大的稀有气体与表面的化学键比UO₂（111）表面的强。随着稀有气体原子序数的增强,吸附能逐渐提高。