核能的发展对于保障我国的能源安全,实现低碳环保具有显而易见的战略地位,而日益增多的乏燃料限制着核能的可持续发展。在加速器技术推动下发展起来的分离-嬗变技术成为最优核废料处理技术,ADS则被认为是乏燃料后处理的最理想工具。但遗憾的是,到目前为止,还有大量的基础科学问题有待解决,核材料问题与成本问题尤为突出,而采用电子加速器来驱动次临界系统的技术路线因电子加速器技术成熟、设备成本较低而受到关注。在电子加速器驱动的次临界系统中,经加速器加速并出射的高能电子进入电子靶,与靶材料接触骤然减速发生韧致辐射放出光子,光子再与靶发生光核反应,产生中子进入堆芯诱导核燃料发生裂变反应。根据这两种反应机制,论文设计了电子靶模型和次临界堆芯以及特定的堆芯状态用于燃烧乏燃料。论文基于NJOY程序制作并检验了相关核素的光核反应数据,在MCNPX中以40 MeV的高能电子轰击金属薄靶,分别计算韧致辐射的光子产额和光核反应的中子产额,以此选择最优的靶参数。电子靶设计为圆柱状,包含两部分:韧致辐射靶和光核反应靶。区别于ADS的液态铅铋金属靶,固态电子靶中韧致辐射靶材料为天然钨,半径5 cm,厚度0.5 cm;光核反应靶材料为238U,半径8 cm,厚度2.5 cm。经电子-光子-中子联合输运产生的中子能谱在10-8～10-7 MeV范围有较大峰值,大部分中子为热中子,由此将eADS次临界堆芯设计为热中子反应堆;在0.01～5 MeV范围有较小峰值,可用于乏燃料研究。eADS的次临界堆芯参照M310堆型,电子靶设置在堆芯中心组件位置,按运行时间设计了两个循环。根据堆芯功率峰因子和展平中子通量密度分布的设计要求,通过调节硼浓度来控制keff在次临界范围,调整堆芯可燃毒物分布以实现功率峰因子在1.4左右并达到相对平坦的中子通量密度分布,同时采用多靶布置的方式有效展平堆芯组件中子通量密度。在后续循环中,以压水堆取出150天后的乏燃料替换2.4%富集度燃料并将2.4%富集度燃料设置在堆芯外围组件,keff保持在次临界范围,功率峰因子1.359,中子通量维持在相对平坦的水平,再替换堆芯1.6%富集度燃料为乏燃料,也满足堆芯设计要求,因此,从堆芯物理的角度认为在eADS中燃烧乏燃料是可行的。