核电大规模发展会不可避免地产出大量乏燃料,次锕系核素(Minor Actinides,简称MA)作为长寿命高放射性核废料,在乏燃料放射性毒性中起主导作用。乏燃料最小化是保证核能可持续发展的重要环节,而分离-嬗变技术(Partitioning&Transmutation,P&T)可将高放射性的长寿命核素转化为短寿命核素或稳定核素,是目前国际上公认安全处置乏燃料的有效途径。压水堆是现有商业堆中运行数量最多、技术最成熟的堆型,并且堆中含有嬗变所需丰富的中子源。因此,研究在压水堆中MA核素的嬗变特性具有重要意义和潜在价值。本文通过BEAVRS基准堆芯搭建、MA核素装载方案设计、NJOY温度截面库制作、硼浓度调节等,在反应堆临界状态下利用MCNP程序计算堆芯反应性、中子通量、堆芯中子能谱以及温度系数等相关参数,并使用SCALE程序得出与MA核素嬗变相关的物理量,开展在压水堆燃料棒上镀层MA核素的嬗变研究。提出9种将MA嬗变材料引入堆芯的排布方案及15种MA核素在燃料棒上的镀层厚度。排布方案分别是:3.1%富集度区域燃料棒镀层、2.4%富集度区域燃料棒镀层、1.6%富集度区域燃料棒镀层、1.6%和3.1%富集度区域燃料棒镀层、1.6%和2.4%富集度区域燃料棒镀层、2.4%和3.1%富集度区域燃料棒镀层、整个堆芯区域燃料棒镀层、最外围和第二外围区域燃料棒镀层和所有可燃毒物组件中的燃料棒镀层。15个厚度尺寸为:从0.00002 cm到0.00008 cm,间隔0.00002 cm;从0.0002 cm到0.0008 cm,间隔0.0002 cm;从0.001 cm到0.004 cm,间隔0.0005 cm。计算结果表明:在3.1%富集度区域镀层0.0025 cm厚度MA核素;在2.4%富集度区域镀层0.0015 cm厚度MA核素;在最外围和第二外围燃料组件区域镀层0.002 cm厚度MA核素,此三种装载方案具有更优的可行性,对堆芯的反应性影响较小且均不会对堆芯安全性能产生不利影响。由堆芯寿期、嬗变量及嬗变率的计算可知,241Am在MA主要核素中嬗变率最高,三种方案MA总嬗变率依次为5.83%,19.85%和9.14%。在2.4%富集度区域镀层0.0015 cm厚度MA核素的方案嬗变能力最强,嬗变率为19.85%,其堆芯寿期由未添加MA核素前的410天降至305天,MA核素装载可降低堆芯反应性并使堆芯寿期提前。综合考虑各参数对堆芯性能的影响,确定在2.4%富集度区域燃料棒上全镀层0.0015 cm厚度的MA核素为最优化装载方案。