本发明公开了一种应用高通量试验堆两级辐照生产252Cf的方法，该方法包括：在辐照堆内辐照第一代靶件获取超铀核素，第一代靶件采用天然铀、贫化铀或含有238U氧化物的材料作为靶件材料；所述超铀核素包括242Pu、243Am和244Cm；在辐照堆内辐照第二代靶件获取252Cf，第二代靶件采用所述超铀核素中的任一超铀核素或者三者的混合物。本发明两代靶件设计技术路线，可在较短的辐照时间内获得了较高的252Cf产量，避免了第一代238U靶件生产252Cf时间非常漫长和第二代靶件材料缺失的问题。本发明第一代靶件在高通量试验堆中辐照，可获得非常高的242Pu、243Am和244Cm等超铀核素的生产效率。