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SNCLFR-100是基于现实可行技术提出的额定功率为100MW的小型模块化自然循环铅冷快堆。对于反应堆而言,其经济性与堆芯的一次装料运行年限有很大关系。一般而言,延长堆芯的一次装料运行年限可以相应的提高反应堆的经济性。在本文中,首先围绕堆芯设计的要求,给出了在物理设计中需要遵守的一系列设计准则和约束限制,并对SNCLFR-100堆芯设计方案进行了相关物理参数的计算,得到了堆芯的功率分布及中子通量分布等稳态参数,和反应性系数等瞬态参数,以及和安全控制相关的瞬发中子寿命和缓发中子份额等动力学参数,验证了此方案符合设计准则和约束限制。与此同时还计算得到了此设计方案下堆芯的一次装料运行满功率年限为4年的结果。基于此计算结果,提出了将SNCLFR-100的一次装料满功率运行年限从4年延长到10年以上的物理设计优化目标。其次,在尽量不变动堆芯结构尺寸前提下,优先改动其他参数进行物理设计优化。并以减少堆芯中子损失和增加堆芯剩余反应性为优化两大方向。通过改变堆芯中结构材料的类型、改变燃料成分、调整不同燃料分区中Pu和U的相对比例、提高控制棒材料中10B的富集度等改动,使堆芯优化方案满足燃耗优化设计目标。最后,本文在确定了优化方案后,重新对堆芯精细建模,并对各项物理参数进行计算。相比于原堆芯设计,优化堆芯的中子通量分布和功率分布变得更加平坦,寿期初其径向功率峰因子从1.40降到1.37。与此同时,还计算了堆芯在各个时期的各反应性系数值,确定其皆为负值;且控制棒分组满足卡棒准则,单根控制棒的反应性价值皆在限制以内。综合而言,此优化方案符合物理设计准则和安全准则的要求,方案可行,且一次装料满功率运行年限在10年以上。本文开展的SNCLFR-100堆芯物理设计优化工作可以为后续的进一步优化分析以及类似情况下的反应堆设计优化提供参考。