本文对乏燃料后处理的必要性进行了阐述,并且对世界上主要后处理厂以及后处理厂的溶解器、脉冲萃取柱进行了介绍,分析了目前后处理厂溶解器、脉冲萃取柱存在的问题。对后处理厂关键设备进行临界安全计算与分析,可以有效避免在设备运行时发生核临界反应。本文介绍了后处理厂临界安全设计原则、防止临界控制方法。目前,国内后处理厂只能处理初始²³⁵U富集度为3.30%燃料棒二氧化铀芯体,为了解决燃料棒二氧化铀芯体初始²³⁵U富集度为4.45%或者5.00%时的乏燃料后处理厂安全运行设计等方面的需要,本文利用MCNP程序对溶解器、脉冲萃取柱核临界安全进行了计算研究,分析设定参数溶解器和设定参数的脉冲萃取柱是否能处理燃料棒二氧化铀芯体初始²³⁵U富集度为4.45%或者5.00%的乏燃料。溶解器的研究是在镜面反射情况下,分别按短棒模型对三种不同²³⁵U富集度（3.30%、4.45%及5.00%）计算了K_inf,找出最佳半径及最佳慢化模型。按照最佳半径及慢化模型建立最佳格栅模型,以最佳栅格模型对溶解器处理三种²³⁵U富集度（3.30%、4.45%及5.00%）时核临界安全计算了K_eff。通过分析得出:设定参数溶解器无法处理²³⁵U富集度4.45%、5.00%乏燃料。为了解决此问题,提出添加中子毒物、减小溶解器吊篮尺寸及多个溶解器环形布置等方案,并对方案进行临界安全计算,并给出相关临界控制参数。脉冲萃取柱包括有机相连续和水相连续两种系统。当²³⁵U富集度分别为3.30%、4.45%、5.00%,²³⁹Pu的富集度100%时,分别计算了全水反射和真空反射的K_eff,并计算了事故工况下萃取柱中心柱内意外进物料时的K_eff。结果表明,当料液²³⁵U富集度为5.00%时,水相连续系统全水反射、真空反射、事故工况下萃取柱中心柱内意外进物料时K_eff均超出临界安全评价准则,因此得出大型环形折流脉冲萃取柱不能处理设定²³⁵U富集度为5.00%的料液。为了解决此问题,提出添加中子毒物、中心柱内加聚乙烯、改变设备尺寸等方案,并对方案进行了临界安全计算,并给出相关临界控制参数。