燃料组件的几何结构和栅格参数显著影响铅铋反应堆的物理/热工特性，采用不同几何结构燃料组件的堆芯在相同换料周期、热工限值约束下的临界尺寸、燃料装载量存在差异。本文开展小型轻量化铅铋反应堆的燃料组件几何结构研究，通过建立铅铋反应堆堆芯模型，选取棒束型、环形、蜂窝煤型燃料组件方案，比较分析了3种方案在堆芯尺寸、燃料装载量、冷却剂流通面积、包壳和气隙体积相同和在换料周期为10 a、稳态热工安全裕量基本一致条件下堆芯的燃耗特性、反应性系数、稳态热工特性参数。结果表明：相比于棒束型与环形燃料组件，蜂窝煤型燃料组件良好的稳态热工特性与较硬的中子能谱，采用蜂窝煤型燃料组件的堆芯可以实现更小的堆芯尺寸及燃料装载量，具备显著的膨胀负反馈，同时能够有效展平功率分布和降低堆芯压降，是有利于铅铋反应堆小型化及轻量化的燃料组件方案。

为掌握板状燃料组件内多个流道堵塞下的流动换热特性，获得流动堵塞致传热恶化的触发边界，以提高板状燃料反应堆的运行安全性，以典型板状燃料堆JRR-3M的标准燃料组件为对象，基于定性分析将流道堵塞事故分为非相邻流道堵塞与相邻流道堵塞两类，采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对两类流道堵塞事故下的流动换热特性进行模拟。模拟结果表明：非相邻流道完全堵塞或相邻流道最大堵塞率低于35%，流道内不会发生局部沸腾且燃料最高温度低于许用温度。基于上述结果，可确定JRR-3M反应堆在堵流事故下的安全运行边界。

燃料组件在反应堆内受压紧力等作用会发生弯曲，该弯曲会显著改变反应堆局部位置的中子慢化。基于中广核核设计软件包PCM中的组件中子截面计算软件PINE和堆芯核设计软件COCO，开发了专门的燃料组件弯曲模型，以分析燃料组件弯曲对堆芯局部功率分布的影响，并和蒙特卡罗软件JMCT做了对比验证计算。计算结果表明，PCM软件包燃料组件弯曲模型的计算结果与JMCT吻合良好，该软件包可以用于燃料组件弯曲的分析计算。燃料组件的弯曲对于堆芯的局部功率分布有显著的影响，需要在设计中予以特别关注。

结合辐照考验方案，评价了CF₂先导燃料组件的机械性能及燃料棒的热力性能，结果表明各项性能均满足准则要求。结合辐照后池边检查结果，对CF₂燃料组件的主要堆内辐照性能进行了研究，包括燃料组件及燃料棒生长和弯曲、定位格架生长等各项燃耗相关性能。结果表明，在燃耗达到44500 MWd/tU的情况下CF₂燃料组件主要辐照性能均达到了预期水平，满足反应堆的使用要求。CF₂燃料组件后续可批量应用于华龙一号。