随着核科学与技术的快速发展，越来越多的核动力装置对辐射防护提出了更为严格的要求。在辐射防护的四大措施之中，最彻底、最有效与最广泛的措施无疑是屏蔽防护。高性能核辐射屏蔽材料的研制在整个辐射防护过程中起着举足轻重的作用，其优劣与否直接关系核辐射实践能否顺利开展。聚合物基复合材料以其比强度高、比模量大、可设计性强、成型工艺简单等诸多优点日益成为人们关注的焦点，而其中环氧树脂基复合材料更是以其十分优越的综合性能得到更为广泛的应用。因此，本文的材料研究对象定位于环氧树脂基核辐射屏蔽材料。
本文首先对聚合物材料的辐照效应及抗辐照性能展开了系统的研究。从定性角度阐述了聚合物材料的辐射过程，从微观与宏观层面介绍了材料抗辐照性能的评价性指标；描述了聚合物材料在核辐射环境中的寿期服役过程，将此过程依据所吸收剂量的大小分为两个部分；首次应用逾渗理论成功解释了聚合物材料的辐照响应过程，从可忽略损伤、逾渗损伤、严重损伤和彻底失效四种程度说明了聚合物材料的辐照损伤过程；采用类比的思想创造性地提出聚合物材料的抗辐照性能模型，详细讨论了模型中关键的两个参数（材料初始性能衰减至一半对应的剂量点与表征材料损伤变化趋势的参数），并通过对现有辐照实验数据的拟合，验证了所提模型的正确性。
其次，本文通过重复结构的思想，给出16种聚合物基体与增强相材料的分布方式，通过模拟计算得到基体吸收剂量与其质量分数的函数关系，借助于复合材料等效物性模型，建立了聚合物基复合材料的抗辐照性能目标。
最后，采用遗传算法调用MCNP的方式获得聚合物基复合材料的屏蔽性能目标。针对瓦特裂变谱，在一次遗传算法的循环中，分别调用中子与γ射线的输入文件，计算得到中子与γ射线在屏蔽体后对应的剂量当量值，并将单次裂变过程中的总剂量当量作为表征材料屏蔽性能的目标；材料的力学性能选用弹性模量作为评价指标，通过编程实现遗传算法对其调用；材料的热学性能选用热导率与热膨胀系数，同样被纳入到材料的多性能优化过程中。这样，屏蔽材料的屏蔽性能、抗辐照性能、力学性能以及热学性能对应的评价目标均被建立。
通过无量纲化与权重系数法，将多种材料性能目标汇集于总目标中。本文设定了四种权重系数分配方式，并分别计算了四种情况下复合材料的多目标优化设计过程。优化设计结果表明，材料的屏蔽性能对于总目标的优化起着主导性作用。
依据优化设计所得复合材料组分配比，成功研制出本文所设计核辐射屏蔽材料样品。针对该样品，开展了材料拉伸性能的考核实验，并测量了材料的热导率、热膨胀系数。此外，采用MCNP软件，将优化设计所得材料与现有多种屏蔽材料进行了屏蔽性能的对比，结果表明本文所优化材料具备优良的屏蔽性能。