基于斯特林技术的千瓦级热管反应堆实验（Kilowatt Reactor Using Stirling Technology，KRUSTY）开展了目前国内外唯一完成且公开发表的热管冷却反应堆带核实验，实验开展的工况包括冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故等，这些工况下的带核实验数据对于热管堆瞬态分析程序的验证至关重要。本文自主研发了适用于热管反应堆的瞬态分析程序TAPIRS-D，采用KRUSTY带核实验数据对该程序展开了验证，对实验开展的冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故进行了模拟计算和对比。验证结果表明：TAPIRS-D程序计算结果与实验数据符合较好，各工况下模型计算燃料温度的最大相对误差小于2%，整体功率的计算平均误差小于10%，预测的堆芯功率与温度瞬态响应与实验数据趋势符合一致，验证了TAPIRS-D程序的准确性与可靠性。本文研究可为其他新开发的热管堆热工安全分析程序的验证工作提供参考。

热管冷却反应堆采用固态反应堆设计理念，具有功率密度高、结构紧凑、固有安全性高等特点，在深空探索、深海勘探、偏远地区等场景中具有广阔的应用前景。核燃料作为热管冷却反应堆的重要组成部分，不同类型核燃料在堆芯燃耗分析时会呈现不同的中子学性能。基于美国爱达荷国家实验室(INL)提出的热管冷却反应堆INL Design A，利用清华大学蒙特卡罗中子输运程序RMC (Reactor Monte Carlo code)建立堆芯物理模型，选取UO₂，(U_0.9Pu_0.1)O₂，U-10Zr，U-8Pu-10Zr，UN，UC这6种核燃料开展燃耗计算，分析了不同核燃料、不同功率水平对热管冷却反应堆堆芯燃耗性能的影响。计算结果表明：在堆芯燃耗深度相同情况下(20.8 GW·d·t⁻¹)，装载U-8Pu-10Zr燃料的堆芯所需²³⁵U富集度最低(9.8%)，具有较好的U-Pu增殖性能。堆芯功率处于5 MW的热管冷却反应堆，燃料中²⁴¹Pu的存在不仅没起到增大堆芯燃耗深度的作用，反而导致堆芯剩余反应性和堆芯寿期末次锕系核素(MAs)的产量增大，影响反应堆的安全性与经济性。因此，对于装载含有Pu燃料的小功率长寿期热管冷却反应堆，需重点关注²⁴¹Pu对堆芯燃耗性能的影响。