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SCWR与目前轻水堆相比的优越性：1.对于相同的功率,超临界水堆的比焓升高、流量低,因此,一回路泵和管道的尺寸小,泵的功率消耗低。2.由于直接热力循环、无蒸汽发生器、流体的密度低等因素,使一回路系统冷却剂的总存量较小,因此,安全壳的尺寸也较小。3.由于反应堆的冷却剂即为汽轮机的工作介质,不存在相变过程,因此,不会发生燃料元件表面DNB而引起包壳烧毁破损。4.与常规压水堆相比,可省去蒸汽发生器;与沸水堆相比,可省去汽水分离器、再循环泵等设备,系统大为简化。5.由于堆芯冷却剂密度低,因此,SCWR可设计为热堆,也可设计为快堆,堆芯设计则有两种方案:热中子谱方案和快中子谱方案。相应有两种燃料循环方案:热中子谱反应堆上的开式循环,一次通过方案;快中子谱反应堆上的闭式循环方案。SCWR堆芯设计：1.快堆：由于堆芯超临界水的密度小，超临界水堆可设计为快堆。采用六边形燃料组件，分为点火区燃料组件和再生区燃料组件。点火区采用MOX燃料，再生区为贫化UO2燃料，不锈钢材料做包壳。再生区燃料组件既可分担部分功率和反应性，也可与ZrH层一起作为中子吸收剂。FuelassemblyofSCWRC(fastreactor)2.热堆：超临界水冷堆也可采用水棒慢化中子将堆芯设计为热堆，采用浓缩UO2芯块。为确保水棒中的冷却剂温度低于临界温度，需在水棒外加绝热层。热堆中，冷却剂的流程和快堆中的相似，但堆芯中冷却剂通过水棒向下流。FuelassemblyofSCWR(thermalreactor)需考虑：1)由于冷却剂的流量仅为沸水堆的12.5%，为了确保冷却能力,流速要取最大值，燃料棒的间距取最小值,目前燃料棒的间距为1mm左右；2)空泡效应、转换因子和Doppler反馈之间的平衡；3)在高温、辐射条件下燃料组件的机械特性；SCWR压力容器：超临界水堆的压力容器结构与压水堆的相似,包壳材料相同；由于运行在更高的压力下，其厚度明显大于压水。SCWR蒸汽循环系统：其蒸汽循环系统和超临界火电机组相同,是带有8个给水加热器的三级汽轮机系统。与火电厂相比，由于没有锅炉的排气损失，因此具有更高的热效率。而与轻水堆相比，由于超临界水堆在较高压力下运行，蒸汽密度大，仅需2根小的蒸汽管道(相同功率的轻水堆需要4根蒸汽管道)，这样可降低超临界水冷堆的发电成本。SCWR控制系统：1)与沸水堆相同的是：给水直接流入压力容器,蒸汽直接进入汽轮机，需保持给水和蒸汽间的平衡来维持压力容器中的冷却剂库存，且不能用可溶毒物，如硼酸作为反应性控制。2)与压水堆相同的是：高压下运行，堆芯内为单相，出口温度是流量和功率的函数，无再循环水泵，压力容器中冷却剂库存低，堆芯中冷却剂密度大系统压力对汽轮机阀门开度和给水流量很敏感，因此，用汽轮机阀门控制系统压力，这与沸水堆的相同;主蒸汽温度对控制棒和给水流量很敏感，因此，用给水流量控制主蒸汽温度，用控制棒来控制堆芯功率。SCWR相关基础研究：一、物理(一)我国CSR1000堆芯中子能谱选择：1.轻水作慢化剂热中子谱SCWR轻水作慢化剂的热中子谱SCWR是目前世界上研究最多的SCWR技术路线，由于超临界水密度很低，慢化能力很弱，它采用温度较低、密度较高的轻水作为慢化剂通过燃料组件，形成热中子谱堆芯。这种技术路线的堆芯设计、燃料组件结构形式、反应堆压力容器（RPV）形式、堆内构件形式、材料选择等方面都与现有的轻水堆（LWR）有较好的继承性，因而比较适于作为我国SCWR发展的技术路线。2.固体慢化剂热中子谱SCWR在堆芯中采用十字形的固体慢化剂棒，慢化剂材料为氢化锆。这种技术路线的堆芯物理特性、燃料组件结构形式、固体慢化剂的高温性能、堆芯不均匀性、严重事故下的氢释放等方面都面临很大挑战，不宜作为我国SCWR技术路线3.快中子谱SCWR利用超临界水密度很低、慢化能力很弱的特性，可以实现快中子谱SCWR，其突出的优点是能够提高燃料利用率，可燃烧锕系元素。目前国际上对快中子谱SCWR的研究比较少，其主要技术挑战包括：堆芯具有正的反应性温度系数、堆芯和燃料组件设计复杂；功率密度更高，水装量更小，导致安全性方面的难度增加等。4.混合谱SCWR混合谱SCWR利用堆芯温度较低区域来实现热谱，温度较高区域实现快谱。燃料组件设计：从燃料棒中心温度、堆芯功率不均匀系数、组件及堆芯结构设计可行性等方面进行了大量计算分析和对比，结果表明，在各种组件型式中带较少子组件的方型组件形式均匀性较好，燃料中心温度满足要求，并且结构简单易实现（水棒数量少），因此最终确定了正方形带4个子组件的燃料组件设计方案CrossSectionofaCSR1000FuelAssembly二、热工（传热）(二)我国CSR1000SCWR可以设计成单流程、双流程、三流程冷却剂的反应堆结构。从热工设计来看，单流程堆芯冷却剂轴向密度变化很大，轴向功率分布均匀性较差；双流程堆芯由于冷却剂加热长度变长，每个流程冷却剂的轴向温差较小，密度变化小，轴向慢化均匀，有利于展平轴向功率密度分布；三流程堆芯的加热通道更长，堆芯功率分布更加均匀。而从结构复杂性分析，则正好相反，随着反应堆冷却剂流程的增加，反应堆结构设计复杂程度、材料用量以及制造、安装调试以及检修维护的难度都会增加。综合考虑反应堆结构可实现性、物理热工设计要求，CSR1000反应堆冷却剂流程采用双流程形式。为了减轻冷热流体的交叉流动所造成的较大热应力对堆结构的不利影响，采用了第一流程在堆芯内部，第二流程在堆芯外围的布置方式。三、材料超临界水冷堆的燃料包壳材料是研究重点。作为SCWR燃料包壳材料要求应满足3个方面的性能：优良的高温力学性能（高温蠕变、高温疲劳）；优良的超临界水环境下的耐腐蚀性能；优良的中子辐照性能。用于钠冷快堆的先进奥氏体不锈钢、超临界火电的铁素体/马氏体钢、压水堆上使用的镍基合金及它们的改良材料正被作为首选包壳材料进行研究。