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中国聚变工程实验堆(CFETR)是正在规划中的我国下一代聚变装置,目前已经完成了概念设计,正在逐步开展工程设计。CFETR (Phase Ⅰ)的主要目标是验证聚变等离子体的稳态运行、实现聚变堆的氚自持、探索聚变堆的维护和遥操作方案,最终实现50～200MW的聚变功率。作为反应堆,CFETR与之前的等离子体物理实验装置的一个典型不同之处就是CFETR中有高能的聚变中子产生。作为聚变堆的关键部件之一,氚增殖包层被设计用来利用这些中子实现能量转换与输出和氚增殖,同时也要起到屏蔽中子的作用。聚变中子学主要研究聚变中子与装置各部件(尤其是包层)的相互作用。本文的主要内容就是以CFETR概念和初步工程设计为契机,以国家磁约束核聚变能发展研究专项项目“CFETR设计软件的集成及堆芯参数的优化”为依托,以CFETR HECLIC固态增殖包层为主要设计与分析对象,以主流的粒子输运程序MCNP和燃耗程序FISPACT为主要计算工具,对聚变中子学涉及到的程序接口问题进行研究。本文关注并已经完成开发或测试的接口包括:等离子体物理参数到中子学源定义接口:编写SCG程序实现了读取典型零维等离子体物理参数或者等离子体物理程序ONETWO的计算结果,输出中子源定义文件给MCNP直接使用的功能;工程设计数据到中子学模型的接口 :采用McCad和ANSYS DesignModeler实现了基于CAD模型到MCNP模型的自动转换,编写NPST程序实现了 CFETR的参数化中子学建模;中子学计算程序接口 :包含了基于MCNP减方差程序ADVANTG和耦合MCNP与FISPACT程序进行停堆剂量率计算的R2S程序。中子学计算后处理接口 :采用MT2X和Mcmeshtran实现了 MCNP计算结果到ANSYS、CFX等工程分析软件和Para View等数据可视化软件的数据传递。此外,本文还测试了 MCNP新引入的非结构性网格特性在CFETR中子学分析中的应用,结果表明该特性具有可以处理高阶曲面的优势,为之后CFETR工程模型的中子学分析提供了一条新的技术路线。在中子学程序接口开发和验证的同时,本文建立了多个包层设计方案的中子学模型。分析了中子源分布对装置中子学性能的影响。重点对CFETR HECLIC固态增殖包层进行了详细的中子学分析。采用1-D中子学模型对CFETR的屏蔽性能进行了全面评估,采用3-D中子学模型对CFETR HECLIC包层的氚增殖进行了全面评估。在这些计算经验上,完成了 CFETRHECLIC2014BU增殖单元方案的中子学设计与分析,给出了其氚增殖率、第一壁中子壁负载、中子通量分布、核热功率分布、结构材料He浓度分布、结构材料辐照损伤(DPA)分布、超导磁体中的环氧树脂绝缘材料上的辐照吸收剂量、超导磁体的快中子积分通量、超导磁体铜结构上的辐照损伤、超导导体绕组上的核热峰值,停堆后的包层模块内部结构的活度、衰变热、接触剂量率和停堆剂量率等结果。为CFETR HECLIC包层和主机其他部件的工程分析和设计提供了核热载荷。为聚变堆安全分析、装置维护与遥操作等工作提供了数据支撑。