根据聚变-裂变混合能源堆包层的概念设计,其包层的核燃料可采用钍或天然铀。混合堆含钍或天然铀包层的物理设计的可行性,主要取决于采用的模拟计算方法及核数据库的准确性。天然钍只有一种同位素232Th,其通过中子俘获反应后经两级衰变可转换为易裂变的233U,生成的233U参与裂变,形成钍铀循环。增殖233U与钍的中子增殖反应相关,232Th裂变反应率和(n,2n)反应率是反映钍铀循环物理设计中裂变和中子增殖情况的重要参数,相关反应截面数据的可靠性需要通过中子学积分实验进行检验。天然铀分解模拟装置是目前最符合混合堆包层物理设计的模拟装置,而反应堆物理设计中的多种重要参数对238U俘获率非常敏感,因此在该装置中开展238U俘获率实验对混合堆包层物理设计十分重要。为了校验中子与钍铀核素相关反应截面评价数据库的准确性,采用中子活化法,利用D-T中子源开展相应中子学积分实验。针对钍的裂变反应和(n.2n)反应,建立了基于贫铀球壳的钍样品装置和氧化钍/贫铀圆饼组合装置,测量了装置中的232Th(n, f)反应率和232Th(n,2n)反应率；针对238U俘获反应,测量了天然铀分解模拟装置部分孔道中的238U俘获率分布。采用基于蒙特卡罗方法的MCNP5程序在常用数据库下对相应实验进行模拟计算,对实验结果与模拟结果进行了对比分析。采用测量钍裂变产物85mKr特征Y射线的方法研究了钍裂变反应率。通过HPGe探测器测量已活化钍样品中232Th裂变碎片85mKr发射的151.16keV特征γ射线计数,结合不同能区下钍裂变成85mKr的产额数据和钍样品上计算的中子能谱,在刻度探测效率及测定氧化钍样品的自吸收修正因子后,获取装置上钍裂变率分布,实验不确定度为5.3%-5.6%。利用MCNP5程序及ENDF/B-Ⅵ.6和ENDF/B-Ⅶ.0库进行了模拟计算,在基于贫铀球壳的钍样品装置、三块钍饼装置、贫铀饼+二块钍饼装置以及贫铀饼+三块钍饼的装置等四个装置中,钍的裂变反应率在ENDF/B-Ⅶ.0下计算结果比ENDF/B-Ⅵ.6计算结果平均分别高约2.5%、2.9%、2.1%、1.8%,表明不同评价数据库在232Th(n,f反应截面评价上存在差异。ENDF/B-Ⅶ.0库计算结果/实验结果(C/E)随着中子能谱变“软”而减小,四套装置中的C/E值平均分别为0.98、0.88、0.79、0.78。采用测量231Th发射的84.2keV特征γ射线的方法研究了232Th(n,2n)反应率。通过HPGe探测器测量已活化钍样品中231Th衰变成231Pa发射的84.2keV特征γ射线计数,经HPGe探测器对该能量γ射线的探测效率刻度及钍样品的自吸收修正因子测定,获取相应装置上(n2n)反应率,实验不确定度为6.7%-6.9%。四个装置中,ENDF/B-Ⅶ.0下计算结果比ENDF/B-Ⅵ.6平均分别高约9.8%、9.6%、9.6%、9.7%,表明不同评价数据库在232Th(n,2n)反应截面评价上差异较大。ENDF/B-Ⅶ.0库计算结果/实验结果(C/E)平均分别为1.08、0.96、0.95、0.89。采用圆环形天然铀箔片测量了天然铀分解模拟装置上的23。U(n,γ)反应率。在天然铀分解模拟装置上,通过离线测量环状天然铀箔片中发生238U(n,γ)反应后衰变生成的239Np发射的277.6keV特征γ射线计数,得到装置部分孔道中的238U(n,γ)反应率分布,实验不确定度为4.4%-4.5%。采用ENDF/B-Ⅵ.6库和ENDF/B-Ⅶ.0库计算的结果与实验结果的比值(C/E)平均分别为0.910和0.925。通过对靶点漂移给计算结果造成的影响进行分析,认为该因素可忽略。对活化片上的中子能谱分析可知,活化片上共振区的中子份额较大,这可能是造成实验值与计算值偏差较大的主要原因。实验结果可为校验次临界能源堆包层概念设计中238U俘获反应率的计算提供数据支持。