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成功应用于高温气冷堆的TRISO燃料颗粒,因其包覆层设计特点,具有良好的阻挡裂变产物释放、适应高燃耗和防核扩散等优点,应用于中小型反应堆具有很大潜力。本文旨在结合TRISO燃料优势和成熟的压水堆技术,以CASMO-4E/SIMULATE-3软件包为工具,设计一个350MWtSiC基体UO2核芯TRISO燃料小型压水堆堆芯,然后在该堆芯基础上将TRISO颗粒的UO2核芯更换为MOX核芯,设计出全堆芯装载MOX核芯TRISO燃料的小型压水堆堆芯,并对设计的两个堆芯进行堆芯物理特性和安全裕度分析。为了适应小型反应堆的特点要求,堆芯设计目标为一批换料、长寿期和无硼运行。本文首先选取MCNP-4C作为基准程序,分别利用CASMO-4E和MCNP-4C进行TRISO燃料栅格计算,通过对比不同燃料处理模型下的k8计算结果偏差,来探讨TRISO燃料双重不均匀性对燃料均匀化计算结果的影响,从而验证CASMO-4E进行TRISO燃料组件计算的可行性。计算结果表明,无论是对于UO2核芯还是MOX核芯,TRISO燃料双重不均匀性对燃料均匀化计算结果的影响均很小,k8计算结果偏差在5‰以内。故组件建模时可以对TRISO燃料区域进行均匀化处理,即可以利用CASMO-4E进行TRISO燃料压水堆组件计算。然后,本文从堆芯设计的目标出发,以CASMO-4E/SIMULATE-3软件包为工具,通过对TRISO燃料应用于压水堆的性质进行探讨,完成UO2核芯TRISO燃料设计和堆芯基本方案设计。通过在UO2燃料核芯中添加Pu-240、布置氧化钆可燃毒物棒和控制棒相结合,有效控制堆芯反应性,实现堆芯无硼运行。随后,在设计的UO2核芯TRISO燃料堆芯基础上,将TRISO颗粒的UO2核芯更换为MOX核芯,通过性质对比和特性研究,设计出全堆芯装载MOX核芯TRISO燃料的压水堆堆芯。为了软化中子能谱,MOX核芯堆芯的燃料棒栅距由2.4cm增加到2.5cm。通过氧化钆可燃毒物棒和控制棒的合理设计,MOX核芯堆芯实现了反应性的有效控制以及无硼运行。最终设计UO2核芯TRISO燃料堆芯以及MOX核芯TRISO燃料堆芯的堆芯平均卸料燃耗深度分别为56.6MWd/kg和57.6MWd/kg,均能实现堆芯连续运行6年不换料。两个堆芯的物理特性和安全裕度分析表明,无论是采用UO2核芯还是MOX核芯,TRISO燃料应用于压水堆均可以设计出符合安全要求的堆芯,且燃料温度和常规压水堆相比大大降低。