反应堆的设计特性可以总结为两个最重要的特性：功率密度和比功率。表1-6列出了各种动力反应堆的功率密度，而比功率则可通过反应堆的其他参数计算得到。

功率密度是单位堆芯体积所产生的能量。因为反应堆容器的尺寸需要容纳堆芯，因此电厂的单位投资与堆芯的尺寸相关，功率密度是单位投资的一个指标。对于推进用动力核反应堆，因为质量和尺寸是重要的考虑因素，因此功率密度也是非常重要的指标。

功率密度可以通过改变燃料棒的布置来改变。对于无限的方形布置如图1-16所示，功率密度与矩阵排距有关。对于方形布置为

表1-6　5种动力堆堆型的典型堆芯热工性能特征

图1-16　方形和三角形棒矩阵布置

而无限三角形布置为

比较以上两式可以看出，在同样的棒间距下，三角形布置的功率密度比方形布置的高15.5%。因此，钠冷快堆采用三角形布置，该种布置方式比方形布置的热工水力学机制更为复杂。对于轻水堆，则倾向于采用更简单的布置方式，需要利用更多的位置提供充足的慢化剂容纳空间。

比功率为单位质量燃料材料所产生的功率，通常用单位克物质所产生的瓦特能量来表示。该参数直接关系到燃料循环的成本和堆芯装料量。对于如图1-17所示的燃料芯块，比功率（每克重原子的瓦特功率）表示为

图1-17　典型动力反应堆燃料的断面结构

其中

<q′>为堆芯燃料棒的平均线功率密度，r为沉积在燃料棒中能量的比率。(www.daowen.com)

质量份额的定义主要基于如下定义。

①重原子包括所有的U，Pu或Th的同位素，因此包括了易裂变核素Mff和非易裂变核素Mnf，M为原子量。

②燃料指所有的燃料材料，例如UO2，而不含包壳。

因此对于氧化物燃料有

富集度r是易裂变原子相对于总重原子的质量分数，即

为了后面使用方便，定义为

可以方便地用原子量和富集度表达f。对于UO2，有

根据式（1-8）和式（1-9），有

将式（1-10）和式（1-11）代入式（1-6），得

当Mff≈Mnf时，简化为

式（1-3）的比功率可以分别表达为基于芯块和燃料的有效密度的关系式。有效密度包括包壳内的芯块和间隙。有效密度表达为冷态或者热态条件下，这取决于间隙是取热态或者冷态条件下的情况。燃料有效密度是一个与燃料寿期有关的很重要的参数。