基于核能系统安全性和经济性的双重考虑以及不断提高的计算能力,人们对反应堆计算程序的精度、效率和计算能力提出了更高的要求,高保真计算的理念受到越来越广泛的关注。同时,新型反应堆及燃料设计相继提出,弥散型燃料是引人关注的燃料类型之一。全寿期高保真模拟和随机介质精细计算是反应堆蒙卡研究的两个热点和难点。本论文基于自主反应堆蒙卡程序RMC,对全寿期高保真模拟及随机介质精细计算开展了研究,主要研究内容包括:(1)蒙卡物理热工耦合方法。温度相关的截面处理是实现耦合计算的基础,针对多温度连续能量点截面内存占用过大的问题,本文开发了高效的全能区在线截面处理算法。在耦合方面,本文提出了RMC/CTF通用耦合方法,并针对蒙卡耦合中的功率振荡问题,采用了松弛因子方法进行功率更新,达到了提高耦合稳定性及加速收敛的效果。(2)蒙卡大规模精细燃耗及换料方法。该方法是实现反应堆高保真计算和随机介质计算的重要基础。本文在基于综合并行的大规模燃耗方法、大规模燃耗中的氙平衡修正以及蒙卡换料方法三个方面展开了研究,分别提出了“区域分解+燃耗数据分解+混合并行”结合组统计的方法、基于Batch的改进平衡氙方法及收敛判据和基于“材料数据-几何-计数器-燃耗数据”映射关系的内置换料方法。(3)随机介质精细计算方法。本文研究了随机栅格法、多种颗粒类型的弦长抽样法、弦长抽样法填充率修正方法以及带虚拟网格加速的显式模拟法。组件燃耗方面,实现了颗粒级精细燃耗计算。全堆燃耗方面,提出了两种燃耗区合并策略,并结合大规模燃耗,实现了弥散燃料全堆输运-燃耗计算。(4)基准题验证与分析。基于高保真耦合基准题VERA和BEAVRS,验证了RMC的高保真耦合计算能力及其正确性;基于高温堆及其燃耗基准题,验证了RMC的随机介质输运-燃耗计算能力及其正确性。本课题在蒙卡高保真耦合模拟和随机介质精细计算方面取得了方法上的创新以及程序计算能力的突破,不仅使RMC程序在反应堆全寿期高保真模拟和随机介质精细计算方面的研究达到了先进水平,同时也具有明确的工程应用价值。