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水冷包层是中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Test Reactor，CFETR)的三种候选包层概念之一。为了评估水冷包层的产氚性能、屏蔽性能和核热源分布等，必须开展详尽的中子学分析。本论文使用国际上通用的蒙特卡罗输运计算程序MCNP和指数欧拉法燃耗计算程序FISPACT，进行了大量中子学计算分析工作，从中子学角度验证了水冷包层概念的可行性。 本文首先基于简单一维中子学模型，研究了径向尺寸布置、冷却方案、材料选择等对氚增殖比(TBR)的影响，确定了CFETR水冷包层一维中子学模型的优化设计方案，实现了一维模型TBR大于1.5优化目标。 然后，基于CFETR水冷包层一维中子学模型的优化设计方案，建立了精细的三维中子学模型，并开展了产氚率分析、核热沉积分析、材料损伤评估、屏蔽计算分析等工作。结果表明，三维中子学模型的TBR大于1.2的目标能够实现，但是考虑开设诊断窗口等因素的影响，实现这个目标将是非常大的挑战。此外，装置的总核热功率能达到218.4MW，对应的能量倍增因子是1.36;即使以0.5的负荷因子运行20年以上，中子辐照引起的辐照损伤数值和气体产生量都比较低;考虑包层之间的间隙、包层和屏蔽之间的间隙、NBI孔道后，包层和屏蔽仍能对真空室外的TF线圈能够提供足够的屏蔽保护。 最后，通过MCNP程序和FISPACT程序的耦合计算，分析了CFETR水冷包层时间相关的产氚特性。随着运行时间的变化，TBR会逐渐减小;但聚变功率较低时，TBR变化并不明显，只需要特别关注聚变功率大于1000MW时TBR的变化。对比基于一维中子学模型并利用TBR1D到TBR3D的转换系数修正后的近似计算结果和直接基于三维中子学模型计算的结果，在CFETR水冷包层设计优化中可以使用一维中子学模型近似计算时间相关产氚特性，但精确分析时需要使用基于三维中子学模型的直接计算方法。