能源安全及大气污染问题一直是人类关注的焦点，核能作为安全经济又具有清洁性的能源，倍受青睐。自人类利用核能以来，研究水平的提高和实践经验的积累，促使核反应堆技术不断向前发展。先进高温堆是在六种第四代候选反应堆堆型的基础上进一步改进的新堆型，它集成了熔盐堆、超高温气冷堆、第二代轻水堆、先进火电厂、液态金属冷却快堆的技术基础以及部分优点，具有极高的安全性、经济性、可持续性和防核扩散性。美国已经进行了四种不同燃料形态的先进高温堆的概念设计工作，包括：球床先进高温堆、棱柱型先进高温堆、棒型先进高温堆、板型先进高温堆。板型燃料是根据熔盐的传热能力，为固态燃料熔盐堆重新设计的燃料元件。橡树岭国家实验室对板型先进高温堆进行了大量研究，以板型燃料元件为基础，2010年橡树岭国家实验室进行了125MWt小型模块化先进高温堆的研究与设计，2011年美国橡树岭国家实验室又给出了一种3400MWt大型商用堆的预概念设计，并在2012年对其中一些设计参数进行了调整。由于其初始剩余反应性较高，除控制棒外，还需考虑采用可燃毒物来补偿剩余反应性。本文以橡树岭国家实验室设计的3400MWt板型先进高温堆为研究对象，以MCNP-ORIGEN2耦合程序系统为主要研究工具，主要研究了板型堆中的可燃毒物设计及优化，通过比较6种候选可燃毒物的燃耗链及中子截面特性，从中选取了B4C、Gd2O3、CdO和Er2O3四种可燃毒物，并对其尺寸和装载质量进行优化；比较了两批换料不同换料设计方案的各个参数，并设计了能降低功率峰因子的可燃毒物布置方案。具体研究方案为：第一、在6种候选可燃毒物中进行种类筛选与装载优化计算，确定出一种合适的可燃毒物材料；第二、计算并综合比较了四种两批换料的燃料管理方案，最终选出一种方案；第三、对选出的换料方案考虑可燃毒物的布置以降低功率峰因子。研究结果表明，对于板型先进高温堆，Er2O3颗粒是比较适合的可燃毒物，它能够较多地分担控制棒降低反应性的任务，且对堆芯寿期影响甚少；对于单批料的反应堆，采用Er2O3颗粒比文献中采用Eu2O3颗粒的结果更好；在十二分之一堆芯两批换料设计的四种方案中，在综合比较平均卸料燃耗、最大卸料燃耗、循环长度等参数后，推荐方案四，其平均卸料燃耗最深，且功率峰因子最小，采用Er2O3颗粒后，功率峰因子降到了2以下。本论文的研究成果可以为板型先进高温堆燃料管理中可燃毒物的应用设计提供参考。