中国聚变工程实验堆CFETR是一个为了填补ITER与未来聚变示范堆之间的技术差距的一个托卡马克实验堆。CFETR设计的重要目标是演示聚变堆的稳态运行以及实现氚的自持，其中氚的增殖比(TBR)是一个关键的设计参数。包层作为聚变堆的一个重要部件，由于承受极强中子辐照，并利用聚变中子进行产氚，因而聚变堆中的大量问题都与包层中子学设计相关，如氚的增殖、能量产生、屏蔽、相关材料的辐照损伤以及放射性安全等等。　　本论文主要为支持CFETR的设计，在基于一种径向多层布置U型氚增殖区的氦冷包层方案基础上，通过开展中子物理方案设计以充分利用了平行与垂直第一壁的区域进行产氚。在中子学的设计中，通过基于CAD模型与蒙卡中子学建模转换接口程序McCad以及手工建模相结合的办法逐步细化模型完成三维全堆中子学模型的建立。然后在此基础上对赤道面外侧典型包层模块内部的氚增殖比分布以及核热密度等特性进行了研究。通过基于典型包层模块局部氚增殖比LocalTBR的变化对全堆精细结构下的氚增殖比评估表明在考虑包层模块间隙的情况下，包层初步方案全堆TBR为1.09，可满足氚自持的目标(TBR＞1.05)。　　在包层初步方案设计的基础上，对氚增殖能力影响因素进行了研究，主要包括球床结构及布局的影响，包层结构设计的影响，窗口设计影响以及Li燃耗的变化影响等方面。　　通过基于赤道面外侧典型包层增殖区球床结构及布局的影响调整获得了氚增殖性能更优、核热分布更趋均衡的优化方案。然后通过对包层结构变化对局部氚增殖性能的影响评估，获得了包层氚增殖性能随不同结构设计的变化趋势及规律，主要包括第一壁厚度、冷却板厚度、加强板、包层盖板与侧板等。在结合TBR随包层相关结构变化的趋势以及相关包层热工与结构安全分析的结果本文对包层方案进行了优化，即采用冷却板厚度为6mm，氚增殖区为4层氚增殖区的方案。然后通过对优化方案全堆精细结构下的氚增殖比分析与局部氚增殖评估结果对比，得出局部氚增殖评估方法合理性，即全堆氚增殖比的变化可在一定程度上通过赤道面外侧典型包层相关局部氚增殖比变化分析其对全堆TBR的影响趋势。窗口设计对氚增殖性能的影响中，从氚自持的角度，对CFETR不同窗口开窗面积及数量进行了评估优化。为满足CFETR的氚自持，优化方案的中窗口及上窗口总的最大总开窗面积分别不能超过:11m2和16.5m2。Li燃耗变化对TBR的影响研究则表明对包层优化后方案可满足CFETR第一阶段8年运行寿期内氚的自持要求。　　最后本文对优化后的包层方案开展了相关的中子学安全性能研究，主要包括材料辐照损伤，活化特性、典型包层停堆后位于包层运输小车CASK中辐射剂量场以及废料管理的评估等方面。从材料辐照损伤的角度，包层优化方案可满足CFETR第一阶段运行8年的材料限值要求。活化特性的研究则显示包层停堆后至243年间，氚的源项将占据包层活度的主导，包层的余热则在停堆初期主要由结构材料主导。包层停堆后位于包层运输小车CASK中的辐射剂量场表明，在停堆之后，包层第一壁上的辐射剂量场最为严重，在刚停堆的瞬间甚至达到了104Sv/h量级。停堆1年后，包层的最高停堆剂量率降为了102Sv/h量级，当停堆10年时，降为了1Sv/h量级。若按照传统的远程操作维修的限值（＜0.01Sv/h），则至少要停堆35年左右才可允许放置到运输小车中进行处理。为减少包层更换及维修的时间，需发展可承受较高辐射剂量(＞0.01Sv/h)的先进遥操设备。对典型包层停堆后的废料管理评估结果表明停堆冷却50年左右，大部分结构材料均可通过简单远程操作进行回收，而Li4SiO4材料由于停堆余热在50年时超过简单操作限值因而在停堆100年后才可进行回收。通过以上研究，为下步聚变堆的安全设计提供了源项指导。