安全,是核能发展的生命线。核能是一种清洁高效的能源,面对全球气候变化,核能本应当发挥更大的作用。然而,核电的安全问题始终没有完全得到妥善解决,这制约了核电技术的发展和普及。日本福岛核电事故发生后,国际核工业界和学术界进行了反思,认为必须从根本上提高核反应堆的安全性,减小核泄漏风险。一种可行的途径是发展事故容错燃料(Accident Torelant Fuel,ATF),通过解决传统燃料的缺陷并消除氢气爆炸风险,以此提高反应堆的安全性。另一种可行的途径是发展小型堆,减小单个反应堆发生事故的概率,并将事故影响范围控制在有限范围内——甚至限制在核电厂区内。然而,ATF燃料在发生事故时,到底能够起到多大的作用,一方面与ATF燃料本身特性有关,另一方面也与反应堆的设计和安全措施有关。本论文以事故容错燃料中的一种,即全陶瓷微封装(Fully Ceramic Microencapsulated,FCM)燃料为对象,将其作为一种替代燃料,应用于热功率为200MWt的常规小型压水核反应堆中,研究基于FCM燃料的小型压水堆的安全特性,并分析应用FCM燃料可能带来的问题。由于FCM燃料的填充因子低,相同体积下比传统压水堆芯块燃料的重金属燃料装载少,因此用低富集铀无法得到足够长的循环长度。而FCM燃料作为替代燃料,又无法增加燃料的体积。为了保证反应堆的循环长度在合理范围内,同时不增加反应堆的体积,本文选用富集度为19.9%的燃料。使用高富集度的燃料会增加堆芯的剩余反应性。而小型压水堆为了操作方便,一般不用可溶硼酸来控制剩余反应性,这使得堆芯的反应性控制难度变大。为了研究使用FCM燃料带来的小型堆剩余反应性控制问题,本文首先研究了不用可溶硼酸情况下,应用可燃毒物对200MWt的小型压水堆进行剩余反应性控制。用三种可燃毒物包括钚-238添加到燃料内核、整体型可燃毒物、通水环状可燃毒物来进行反应性控制。ATF燃料在理论上虽然具有更好的耐事故能力,然而FCM燃料改善小型堆安全性的程度需要在实际中进行量化分析。在第三章中,先使用MCNP程序,对小型堆堆芯进行了中子学分析,得到了三维堆芯功率分布,将其值传递给RELAP5进行热工水力分析。使用RELAP5程序建立了小型堆主回路模型,分析在无应急堆芯冷却系统的情况下,发生假想的小破口事故和大破口事故后FCM燃料棒及包壳的失效过程。分析结果表明,FCM燃料相比常规燃料来说,能够为反应堆提供更长的干预时间,因而具有更佳的安全特性。由于单批次换料的卸料燃耗深度不高,而多循环燃料管理可以降低初始剩余反应性,增加卸料燃耗深度,因此,为了优化FCM燃料在小型压水堆中的燃料管理,本文分别对三批次换料策略和五批次换料策略进行计算,比较了初始剩余反应性、循环长度、功率峰因子和卸料燃耗深度等,提出了堆芯换料的优化策略。FCM燃料用于常规小型压水堆,只能够在一定程度上增强小型压水堆的安全性。如果根据FCM燃料对小型压水堆的堆芯进行改进设计,有可能实现核电站的本质安全。因此,本文对使用FCM燃料的堆芯进行了初步理论建模和分析,计算表明对于低功率密度的小型压水堆,可以实现在没有专设安全设施的情况下,只通过辐射传热方式把停堆衰变热导出,从而实现核电站的放射性本质安全。