基于中国绵阳研究堆（CMRR）高温高压辐照考验回路初步设计方案，就回路失水事故（LOCA）及失流事故（LOFA）两类典型事故进行分析。结果表明：回路在冷管段及热管段失水事故下包壳热点温度最高为880.6 ℃及367.6 ℃，均远低于1204 ℃；全部失流事故下最小偏离泡核沸腾比（MDNBR）大于1.5，不会发生偏离泡核沸腾；卡轴事故中包壳最高温度为734.1 ℃，低于1482 ℃。上述结果均满足验收准则，符合安全法规要求。

研制了一种适用于板状燃料堆芯的黄玉改色装置, 并对辐照装置的物理安全特性及结构安全特性进行了分析。利用CFD多孔介质模型, 获得了改色装置的流场和温度场, 确定了功率限制因素, 并对装置进行了优化, 增强了中子选择材料的冷却能力, 结果表明, 优化后可在额定功率下进行黄玉改色试验。开展了改色装置的堆外水力学特性实验及冲刷试验, 装置工作压差附近的流量试验数据与理论模拟结果差别为-3.6%~1.9%, 二者一致, 冲刷试验表明, 装置对黄玉残渣有很强的包容、收集效果, 不会导致燃料元件流道堵塞。

蒙特卡罗方法是当前形势下辐射屏蔽计算的首选分析工具。小概率深穿透问题则是屏蔽计算的关键与亟待解决的核心问题，需要使用有效的减方差技巧。针对全局问题，利用蒙特卡罗正算输运得到的粒子通量或探测响应来构建权重窗参数，将现有的粒子位置偏移拓展到位置和能量偏倚。利用国际屏蔽基准题进行测试验证，通过使用该方法，粒子被引导到模型的所有位置。平均相对误差降低到10%以下，几乎所有网格区域都有粒子统计。结果表明，基于蒙特卡罗正算输运的输运偏倚参数构建方法能够实现全局减方差。

提出了一种基于短半衰期核素平衡浓度求解燃耗的γ谱法。该方法通过将待测燃料在恒定中子通量条件下辐照一段时间, 使得短半衰期标识核素建立浓度平衡, 并基于核素平衡浓度与燃料中剩余235U含量之间的关系求解得到燃耗值。理论模拟结果与“LR-0”实验堆上的燃料辐照实验均表明, 当燃料经过短期辐照后, 短半衰期标识核素88Kr, 92Sr能在γ谱中出现明显可分辨的特征峰, 从而证实了88Kr, 92Sr作为燃耗测量的标识核素的可行性。模拟了不同实验条件下测量富集度为20%的乏燃料的燃耗情况, 实验表明标识核素88Kr, 92Sr与其相应的干扰核素的特征峰在相应能量段均可分辨出来, 且γ谱的测量宜选在乏燃料卸料冷却11 h内进行。最后通过88Kr, 92Sr计算获得了与理论值相吻合的燃耗值。相比于其他方法, 该方法测量燃耗不受辐照历史、燃料富集度、再次辐照前冷却时间的影响。

高增益包层氚增殖率能够达到1.5以上，能量放大倍数约为5，包层燃料区平均功率达50 MW/m3，针对包层存在高功率密度区的这一特点，设计了采用迂回流动方案的水冷系统，主要由内嵌冷却管和汇总分流腔组成。建立了包括第一壁和燃料区的包层三维热工水力计算模型，利用CFD程序FLUENT对冷却系统进行模拟分析，研究了稳态工况条件下包层关键区域的整体热工水力特性。结果表明，该水冷系统流量分配合理，燃料区冷却剂压降为102 kPa，出口温度为594 K，符合设计预期。包层温度分布结果表明各区域最高温度均满足限值要求，冷却系统能够有效载出包层内裂变反应释放的热量。

为使磁约束聚变堆实现能量放大与氚自持,在其等离子体区周围设置次临界包层和产氚包层。采用天然铀合金燃料、轻水作冷却剂兼慢化剂,内嵌压力管式的次临界包层设计方案,通过对包层物理性能、结构概念设计、热工水力性能和安全分析,表明该方案可将聚变能量放大10倍以上,氚增殖比大于1.15,具有天然的临界安全性和良好余热安全性能。立足于近中期可利用的聚变技术,力争实现聚变能源的提前商用,为我国能源可持续发展提供一种有竞争力的技术选项。

基于国际热核聚变实验反应堆磁约束聚变-裂变混合能源系统次临界包层的物理-热工设计结果，提出了聚变-裂变混合堆次临界包层燃料区结构设计方案，包括纵骨支撑结构、燃料区结构和锆包壳结构。运用Pro/e建模软件建立了次临界包层燃料区结构模型，并利用ANSYS-workbench mechanical有限元分析软件对纵骨式支撑结构开展了初步力学分析，得到了燃料部件和纵骨式多层支撑结构的最大Tresca应力值、应力分布云图和总变形量，其中最大应力为87.04 MPa，最大变形量为0.17 mm。按照第3强度理论校核，计算结果表明纵骨式次临界包层结构各部件能够满足强度要求。

针对压力管式超临界水堆(PT-SCWR)新型62棒设计,其功率密度与燃料温度、冷却剂密度/温度紧密耦合,利用中子物理分析程序(WIMS-AECL)和子通道分析程序(ATHAS),对该设计堆芯进行核热耦合分析,并进行优化,结果表明该耦合方法是有效的。分析结果指出新型62棒燃料组件设计包壳最高温度和冷却剂出口温度都低于设计限值,满足设计目标；并且可以通过调整内外圈燃料富集度至5.5%和4.6%、调整燃料组件内圈棒束节圆由5.30 cm到5.175 cm,进行优化来获取一个均匀的温度分布；通过对比不同栅距下的慢化剂温度系数和空泡系数,得到一个最佳栅距为21 cm。