自工业革命以来，传统化石燃料的大规模应用而排出的温室气体逐年积累，已经引发了严重的全球变暖问题。在过去50年间，核能作为一种低碳新型能源，为减少全球碳排放总量做出了重要贡献。然而，核能的利用也无可避免地产生了大量乏燃料和其它放射性核废料，对于这些产物，不同国家选择了不同的核燃料循环处理方式。世界上主流的核燃料循环有三种方式，分为“开式热堆一次通过”方式、“闭式热堆循环”方式和“闭式热堆快堆混合循环”方式。目前在世界上一些国家已经实现部署的是“开式热堆一次通过”方式和“闭式热堆循环”方式，而“闭式热堆快堆混合循环”方式仅处于实验室阶段。学术界对这三种核燃料循环方式孰优孰劣的争论一直存在，各国研究小组都基于他们的研究方法发表了不同的研究结果。为了能够更有效率、环保地、可持续发展利用核电造福人类，最优化的核燃料循环方式的选择迫在眉睫。在本论文中，对不同核燃料循环方式做了大量研究，得到许多有意义的结果。　　本研究分为三个部分：第一部分，基于国际上已运行的标准的商用热堆参数，和已在实验室实现的快堆运行参数，建立世界上主流的三种核燃料循环方式下的长期平衡物质流模型。通过对比这三种核燃料循环的平衡计算结果发现，在单位装机容量1GW情况下，“闭式热堆快堆混合循环”方式具有全面优势的物质流数据。第二部分，根据第一部分的长期平衡物质流结果，选取“一次通过”和“热堆循环”这两种已经在国际上商业化实现的核燃料循环方式，构建带有时间轴的经济模型;利用蒙特卡洛方法模拟计算了这两种循环方式的平准化核燃料成本。结果表明“一次通过”方式的核燃料平准化成本为$6.60±0.74 mill/kWh，“热堆循环”方式的核燃料平准化成本为$6.81±0.61 mill/kWh。考虑到标准偏差值，两种方式的经济成本差值微乎其微，所以它们的经济性是相差无几的。此外，随着未来敏感因素影响的天然铀平衡价格降低，“热堆循环”方式将更加经济。第三部分，将第一部分物质流计算结果运用于中国模型，可以得到未来中国各发展时间节点上的不同核设施供给与需求量，从而得出（2013至2035年）核能发展路线图与数据表，为未来中国核电发展政策提供数据支持和参考建议。