对于非均匀装料的热中子核反应堆，热量主要在燃料元件中产生，而热中子则产生于慢化剂中。

在一般的动力堆中都有大量的燃料棒。因此对均匀富集度的反应堆可以采用统一的q‴（r）与距离中心的半径r相关的释热公式来计算释热。然而，在实际反应堆中，堆芯的不同区域装载了不同富集度的燃料。随着燃耗深度的加深，又引入了不同量的钚和裂变产物的含量。压水堆寿期中的典型功率分布示于图2-4。到目前为止还没有一个分析表达式可以方便地描述其空间分布。目前所建造的反应堆基本上都是非均匀堆，即核燃料在堆芯内并非均匀分布，而是制成确定几何形状的燃料元件，并以适当的栅距排列成栅阵。如果在堆芯中的燃料元件数量很多，排列又很均匀（大多数动力堆属于这种情况），在这种情况下，非均匀堆可近似地视为均匀分布，仍可采用上面给出的释热率分布表达式，由此带来的误差并不会太大。

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图2-4　典型压水堆燃料组件功率和燃耗分布，假定外层装载为新燃料

早期的压水堆大都采用均匀装载方案，其优点之一就是装卸料方便。但对核电厂来说，均匀装载也有不利的方面，从式（2-18）可知，在均匀装载的堆芯内，中心区域将会出现一个高功率峰值，限制了反应堆的总功率输出。这种堆芯的平均燃耗也比较低。为了克服上述缺点，现代核电厂压水堆通常采用分区（如分三区）装载的方案，即沿堆芯的径向分三区配置不同富集度的燃料：具有最高富集度的燃料元件装在最外区，具有最低富集度的燃料元件放在中心区，而中间区燃料元件的富集度介于外区和中心区之间。堆的热功率近似地与中子注量率和可裂变核素的密度N的乘积成正比，这样，中心区的功率水平降低，而外区的功率水平上升。图2-5示出了一个压水堆采用三区分批装料时的径向功率相对分布的情况，图2-6则比较了三区装料及反射层对中子注量率的影响。可以看出，功率在径向的分布得到了展平，这对提高整个反应堆的热功率是有利的。这种分区装载的堆芯，在换料时只要更换一部分燃料组件就可以了，即在堆芯的第一个寿期末，将燃耗最大的中心区燃料组件从堆芯中提出来，而将中间区的燃料组件移到中心区的位置上，再将外区的燃料移到中间区的位置上，然后把新燃料组件装载到最外区的空位上。采用这种倒料方案，燃料的平均燃耗提高。动力堆的燃料装载根据具体的要求可以有不同的方案，比如钠冷快中子增殖堆将堆芯分成两区（点火区与再生区），这将使功率分布产生变化。