寻找一条高效的钍资源的利用途径对于解决核燃料的短缺问题具有重要意义,与“一次通过循环方式相比,铀钍闭式燃料循环方案可以充分利用钍、铀资源,若能实现铀钍燃料自持循环,则可以在不添加可裂变材料的情况下充分利用钍资源,有利于核能的可持续发展。本文首先介绍了燃料循环的现状,并分析了铀钍循环的特点、方式和研究现状,阐述了铀钍自持循环的重要意义。本文使用了三维MCCOOR软件对不同的钍燃料循环方案进行计算,该软件由3个标准程序MCNP、COUPLE、ORIGEN-S组成,可用于三维几何结构的核反应堆燃耗计算分析及反应堆功率分布的研究。本文着重研究了在重水反应堆CANDU中实现²³³U-²³²Th燃料自持循环的可能性。首先采用混合棒束方案,在棒束内部同时布置钍棒和铀棒,初步探讨了²³³U燃料的制备方式。其次重点研究了²³³U-²³²Th燃料自持循环途径。研究表明,在棒束内采用径向非均匀²³³U燃料分布形式,在理论上可以实现在功率堆CANDU中²³³U-²³²Th的自持循环。在此基础上,分别研究了燃料丰度、浓度分布、燃料布置、功率密度和冷却剂等多种因素对自持平衡裕量的影响。本文提供了各种模型的比较分析,提出了在重水反应堆CANDU中实现铀钍燃料自持循环的较合理的理论模型,其研究结果可为钍资源利用提供理论依据。