为研究压水堆不同燃耗完整和破损燃料棒燃料芯块氧化过程和物相变化，采用拉曼光谱分析技术对燃耗为14 GW·d·t⁻¹和45 GW·d·t⁻¹的完整燃料棒及燃耗为14 GW·d·t⁻¹和41 GW·d·t⁻¹的破损燃料棒燃料芯块的氧化特征进行了分析。结果表明：14 GW·d·t⁻¹和45 GW·d·t⁻¹的完整燃料棒燃料芯块由UO₂、U₄O₉和U₃O₈组成，相比于燃料芯块的内部区域，芯块边缘显示出更强的氧化性；14 GW·d·t⁻¹和41 GW·d·t⁻¹破损燃料棒燃料芯块发生了重结构，形成柱状晶粒，主要物相为UO₂和U₃O₈。燃耗的加深和燃料棒的破损均促进了燃料芯块的氧化过程，但并不会改变燃料芯块的主要相结构。

反应堆运行期间，锆合金包壳与燃料接触后不断氧化，与燃料结合形成牢固的化学相互作用层，影响燃料间隙热导、包壳力学性能和燃料包壳机械相互作用。本文以压水堆核电站燃耗45 GWd·tU^-1完整燃料棒为研究对象，利用金相显微镜（Metallographic Microscope）、扫描电子显微镜及能谱分析（Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy，SEM-EDS）和热室内拉曼光谱（Raman Spectroscopy）方法对其化学相互作用层形貌及结构进行分析，国内首次获得堆内辐照后包壳和芯块化学相互作用层相关分析数据。结果表明：运行至45 GWd·tU^-1燃耗后，燃料芯块与包壳间隙形成14~19 μm的化学相互作用层，不同位置机械接触的时间顺序差异，导致作用层的不连续形成与长大。SEM-EDS结果表明，相互作用层呈“蠕虫”状形貌，且由U、Zr、O三元素构成形成混合相（U，Zr）O_x化合物，并且发现化学相互作用层由化学黏附和机械作用共同作用的结果。拉曼光谱显示，化学相互作用层主要由四方相氧化锆（t-ZrO₂）和单斜相（m-ZrO₂）相组成。

燃料棒设计验证是评价燃料棒在反应堆内运行时安全性能的过程，其中输入参数的不确定度对评价结果有非常重要的影响。为了系统研究燃料棒设计验证的不确定度，使用Dakota中蒙特卡罗与拉丁超立方的非参数抽样方法，结合燃料棒性能分析软件开展了燃料棒设计验证计算，并与传统的不确定度计算方法进行了比较。结果表明，传统方法未充分考虑输入参数的不确定度，导致内压准则在正常运行条件下容易受到挑战，统计性的抽样方法弥补了这一缺陷，获得了较大的安全裕量，为燃料棒安全性以及经济性的提升提供了理论依据；同时，2种抽样方法所获得的燃料温度计算结果较传统方法更加具有参考意义；对于包壳腐蚀准则以及包壳应变准则，由于不确定度输入参数选取得当，抽样方法与传统方法的计算结果无明显区别。因此，基于非参数抽样的统计法对于评价燃料棒在反应堆内的安全性能更加具有实用性。