熔盐堆的概念最早由美国橡树岭国家实验室（ORNL）于20世纪40年代提出，是一种以高沸点氟化物熔盐为载体、可裂变和易裂变材料为燃料的液态反应堆。鉴于熔盐堆良好的中子经济性、固有安全性、可在线后处理、放射性废物少、可持续发展、防核扩散等方面的优点，在2002年于日本东京举行的第四代反应堆国际研讨会上，熔盐堆被确定为六种第四代先进核能系统的候选堆型之一。由于采用高温流动熔盐作为燃料和冷却剂，使得熔盐堆运行在高温的环境下，同时不需要较高的压力来维持冷却系统的运转。熔盐堆的辐射防护和屏蔽设计与传统的固态堆辐射屏蔽相比，熔盐堆的屏蔽体系在满足辐射防护要求的同时需要实现高温隔离的功能。熔盐堆高温环境的隔离是屏蔽设计的难点。本研究依托中国科学院先导科技专项——钍基熔盐堆（TMSR），以2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆为研究对象，开展熔盐堆的屏蔽计算和热分析，对该熔盐堆的辐射屏蔽进行预概念设计。论文的主要结构和内容为：第一章，引言。首先回顾了熔盐堆发展历史和研究现状，介绍了反应堆辐射防护和屏蔽理论研究的历史，简述了反应堆屏蔽设计的发展现状，同时就热分析理论和反应堆常用的热屏蔽方法做了分析和总结。第二章，2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆屏蔽源项和热源分析。介绍了2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆的结构和物理参数，并据此采用蒙特卡罗方法对堆芯中子输运过程进行模拟计算，分析了堆芯中子注量、伽玛注量及功率密度等表征辐射源的参数。同时考虑到熔盐堆燃料在线处理对源项分布的影响，探讨了在线处理下熔盐堆的源项计算方法，并开发了熔盐堆在线处理情况下的源项计算程序PostTRITON。建立了2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆堆芯三维模型，通过计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamic，CFD）进行温度场模拟，分析了堆芯最高温度和边界温度。第三章，铀钚燃料体系下的屏蔽计算和设计。根据辐射源项和热源分析结果，分析了2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆的辐射防护需求，确立了屏蔽设计目标，初步构想了2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆屏蔽方案。设计了由热屏蔽层和混凝土屏蔽层为主构成的屏蔽方案。热屏蔽层的设计中，提出了金属板层排列、冷却剂循环冷却的设计方案；冷却剂选择方面，则提出了熔盐冷却、水冷和气冷三种方案，并对不同冷却剂材料情况下热屏蔽层在减小辐射剂量、降低外部环境温度方面的性能展开研究。应用MCNP5程序模拟分析了不同材料散热板和不同冷却剂组合情况下热屏蔽层在降低辐射剂量方面的性能，应用FLUENT程序分析了不同材料散热板和不同冷却剂组合情况下热屏蔽层在降低温度方面的性能。根据分析结果，在散热板选材方面，不锈钢的屏蔽效果优于铜板。而在冷却剂选择方面，水冷却的形式无论是在辐射屏蔽还是热屏蔽方面都是最优选择，但是由于熔盐与水接触会产生化学安全问题，因此排除水冷方案；熔盐冷却比气冷有更好的剂量降低效果，但是在热屏蔽方面却又不如气冷，因此综合考虑了熔盐冷却和气冷在辐射屏蔽和热屏蔽方面的情况，最终确立了以不锈钢为散热板、以气体进行冷却的热屏蔽层方案。在此基础上，进一步确定了将剂量率控制在设计目标下所需的混凝土屏蔽层的厚度，并应用FLUENT对2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆堆芯和屏蔽体结构进行了全局温度场分析。通过对屏蔽体全局的剂量率计算、中子注量率、伽玛能注量率和温度场的分析，确定了屏蔽设计方案满足最初设立的屏蔽设计要求。第四章，钍铀燃料体系下的屏蔽计算。根据2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆的设计，该堆将以铀钚燃料体系LiF-BeF2-ZrF4-UF4启动并运行维护一定时间，然后将装载钍铀燃料体系LiF-BeF2-ThF4-UF4以研究钍资源的核能利用。因此屏蔽方案需能够满足装载两种燃料下的辐射防护和热屏蔽要求。因此，本文最后还研究了所建立的屏蔽方案在装载钍铀燃料情况下的辐射剂量场和温度场情况，确认本研究所提出的屏蔽方案完全满足2MWt液态燃料钍基熔盐实验堆在铀钚燃料体系LiF-BeF2-ZrF4-UF4和钍铀燃料体系LiF-BeF2-ThF4-UF4两种不同燃料体系下的辐射屏蔽要求。第五章，总结与展望。总结了本研究所取得的成果以及尚且存在的不足之处，并对未来可能的改进方向进行了展望。