空间核反应堆电源因其功率范围广、比功率高、寿命长、环境适应性好和不依赖阳光等优点，已成为未来空间探索最理想的动力能源。热管冷却反应堆作为空间核反应堆类型之一，采用非能动传热技术，无泵驱动，具有结构紧凑、固有安全性高等优点，备受国内外研究者的青睐。而热管冷却空间堆所用的热管工质主要是锂、钠和钾等碱金属，其中锂密度低、传热性能好，锂热管冷却成为空间堆的主要冷却方式之一。与传统的强迫循环冷却反应堆相比，锂热管冷却反应堆在堆芯结构、堆芯温度、堆芯材料与冷却方式等诸多方面有显著差异，因而其物理特性与传统核反应堆有着明显区别。目前国际上锂热管冷却反应堆研究尚处于概念探索阶段，为深入研究锂热管冷却反应堆的物理特性，本文在充分调研国内外空间核反应堆相关设计要求与设计概念的基础上，围绕堆芯材料选择、发射掉落临界安全分析和反应性控制方式设计等方面开展锂热管冷却空间堆的中子物理特性研究，具体研究内容包含:　　(1)锂热管冷却空间堆的关键参数分析以及堆芯设计研究。本文以提高反应堆安全性与中子经济性为原则，对锂热管冷却空间堆的堆芯关键参数进行了深入研究，重点分析了燃料类型、结构材料、7Li富集度等参数对锂热管冷却反应堆物理特性的影响规律，并基于分析结果设计了功率为1MWt、运行寿期10年的锂热管冷却反应堆堆芯物理方案。研究结果表明:堆芯工作温度在小于1500K时使用PWC-11和Nb-1Zr两种结构材料具有最佳的中子经济性与安全性，堆芯温度高于1500K时，Mo-14Re是最佳结构材料选择;此外冷却剂中7Li富集度与UN燃料中15N含量的提高可有效提高堆芯的中子经济性，但会导致反应堆空泡系数略有升高，削弱堆芯负反馈效应。　　(2)锂热管冷却空间堆的掉落临界安全特性研究。针对空间反应堆的发射掉落临界安全问题，研究了确保锂热管冷却空间堆掉落临界安全的措施，重点分析了155Gd、157Gd、151Eu和149Sm等谱移吸收材料添加到燃料中或涂抹在堆容器外壁的不同应用方式对锂热管空间堆掉落临界安全特性的影响，并比较了二者的中子学性能。研究结果表明:157Gd为最有效的谱移吸收材料，将0.5％157Gd添加到燃料中的方式可有效改善锂热管冷却反应堆的掉落临界安全特性，且反应堆正常运行时反应性亏损较小。　　(3)锂热管冷却空间堆的反应性控制方法研究。开展了基于转鼓与滑动反射层两种堆外反应性控制方法的研究，探究了两种控制方式的关键设计参数对控制价值的影响规律，基于分析结果优化设计了两套反应性控制方案，并分析了其中子学性能。研究结果表明:对于转鼓控制方式，增大B4C吸收体厚度与10B含量可提高转鼓价值，且转鼓吸收体包角为120°时转鼓价值最高;反应堆反应性随转鼓转角的变化呈非线性关系，转鼓转角变化对轴向功率分布有较小的影响，但对径向功率分布影响较大。对于滑动反射层控制方式，在相同停堆深度下从堆芯中心附近移动反射层可获取较大的控制价值且所需移动距离较短;滑动反射层的移动距离与反应堆反应性呈线性变化，且对堆芯轴向与径向功率分布均有较大的影响。　　本论文的相关研究成果可为锂热管冷却反应堆的材料选型、安全研究以及反应性控制系统设计提供参考。