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目前压水堆核电站普遍采用含有可燃毒物的堆芯装料策略。这种堆芯的装料设计优化问题同时包括燃料组件布置优化和新组件的可燃毒物配置优化,控制变量多且相互关联紧密,导致问题的规模和搜索空间巨大,求解极其复杂。目前国际上基本解决了初装堆芯装料优化问题,但对于非初装堆芯装料优化问题还没有好的解决方法,通常采取的简化问题规模的方法和采用的优化算法全局性差、效率低。为解决非初装堆芯装料优化难题,本文在文献调研和分析的基础上,提出局部脱耦方法,用以简化问题规模、缩小搜索空间;选择特征统计算法进行优化方案的搜索。利用局部脱耦方法结合特征统计算法研制出压水堆组件布置和可燃毒物配置耦合装料优化程序CSALPBP。使用该程序分别对大亚湾核电站第10循环和第12循环进行装料优化计算,结果表明CSALPBP程序具有很高的搜索效率和很好的全局性。此外,本文利用哈林原理结合工程经验研制了快速实用的堆芯可燃毒物配置优化程序BPopt,其优化效果分别在初装堆芯和非初装堆芯的可燃毒物配置优化问题上得到了验证。利用哈林原理脱耦方法结合特征统计算法优化组件布置,再辅以BPopt程序,可以很好地解决初装堆芯装料优化问题。压水堆核电站换料设计过程中,堆芯燃料管理计算程序必不可少。本文在第二类边界条件格林函数节块法程序NGFM-N的基础上添加调硼临界计算和燃耗计算,研制出三维堆芯燃料管理计算程序CYCLE;并在国内首次建立比较精确的含钍组件燃耗计算程序系统WIMSD5-SN2D。最后,研究在不改变反应堆的结构与几何尺寸的前提下,设计新型种子再生含钍燃料组件,进行了压水堆核电站钍铀燃料循环初步研究,给出了一些具有参考价值的结论。本论文解决了含可燃毒物的压水堆核电站堆芯装料优化难题,并完成了压水堆钍铀循环燃料管理计算程序和钍利用有关研究,这对于当前压水堆核电站的堆芯燃料管理和今后压水堆的钍利用研究具有重要的意义。