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本文在总结分析世界上小型长寿命核能系统研究现状和技术路线的基础上，提出了使用钍铀燃料和铅铋冷却剂构造小型长寿命堆芯的设想，并进行了一系列相关计算分析。对于长寿命核能系统的堆芯物理设计，最重要的是使反应性随燃耗的变动最小化，同时应尽可能地提高堆芯的燃耗并满足相关的负反应性系数的要求。本论文使用MCNP和MCBurn程序详细计算分析了快谱中钍铀燃料在不同的初始驱动燃料、不同栅格、燃料成分等条件下的物理性能，以及能谱、转换比、富集度变化等方面的分析，明确了使用钍铀燃料和铅铋冷却剂构造长寿命堆芯的优缺点，以此为基础构造出一个完整的堆芯模型，并对其进行了相关分析。