哈工程核反应堆的核物理第1章核反应堆的核物理基础.pptxVIP

第1章 核反应堆的核物理基础;1.1 中子与原子核的相互作用;三种相互作用方式 ;中子的散射 散射是使中于慢化(即使中子的动能减小)的主要核反应过程。;弹性散射：分为共振弹性散射和势散射。;辐射俘获（n，γ） 一般形式： 反应堆内典型反应： 特点：辐射俘获会产生放射性核，因此会给反应堆设备维护、三废处理及人员防护等带来不少问题。;（n,p）（n,α）等反应 （n,p）反应一般形式： 反应堆内典型反应： （n,α）反应一般形式：;核裂变 235U裂变的一般形式： 概念描述： 易裂变同位素：在各种能量的中子作用下均能发生裂变，但在低能中于作用下发生裂变的可能性较大，通常把它们称为易裂变同位素； 可裂变同位素：只有在能量高于某一阈值的中子作用下才发生裂变，通常把它们称为可裂变同位素。;公式表示： 单位：σ具有面积的量纲。 单位用“靶恩”，记为barn或b。(图);描述：表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。也是一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的概率大小的一种度量。 公式表示： 计算方法： ;1. 水的密度为103kg／m3，对能量为0.0253eV的中子，氢核和氧核的微观吸收截面分别为0.332b和2.7×10-4b，计算水的宏观吸收截面。 2. UO2的密度为10.42×103kg／m3，235U的富集度ε=3％(重量百分比)。已知在0.0253eV时， 235U的微观吸收截面为680.9b，238U为2.7b，氧为2.7×10-4b。确定UO2的宏观吸收截面。;描述：中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。 表示： 对于中子与靶核不同类型的相互作用．可定义不同类型的平均自由程，如定义散射平均自由程，吸收平均自由程等等。;描述：每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数(统计平均值)。 表示： 对于由多种元素组成的均匀混合的物质，反应率应为中子与各种元素核相互作用的反应率之和，即;中子通量描述：某点处中子密度与相应的中子速度的乘积，表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行距离的总和。 表示： 由于各个中子具有不同的运动方向，因而它和中子的流动并没有直接的关系，它是标量而不是矢量，所以引入中子通量密度。 ;在实际的反应堆内中子并不具有同一速度或能量而是分布在一个很宽的能量范围内。 中子数关于能量的分布称为中子能谱分布。 平均截面又称为等效截面。 要计算平??截面或反应率，必须首先知道中子通量密度按能量的分布;截面随中子能量的变化;微观吸收截面;非弹性散射截面：非弹性散射有阈能特点，且这阈能的大小与核的质量数有关，质量数愈大的核，其阈能愈小。当中子能量小于阈能时，σin为零；而当中子能量大于阈能时， σin随着中子能量的增加而增大。 弹性散射截面：多数元素与较低能量中子的散射都是弹性的。σs基本上为常数，截面值一般为几b。对于轻核、中等核，中子能量从低能一直到MeV左右范围， σs 都近似为常数。对于重核在共振能区将出现共振弹性散射。;微观裂变截面;1.3 共振吸收;描述：由于靶核的热运动随温度的增加而增加，所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加，同时峰值也逐渐减小，这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。 ;裂变能量的释放，反应堆功率和中子通量密度;核反应堆的功率与中子通量密度的关系 堆内任一点处单位体积内的功率 反应堆功率;例题：一核电站压水堆的热功率为2800MW，电站年负荷因子为0.85，试估算该电站1年(365天)所消耗的235U质量。;裂变产物 几乎在所有的情况下，裂变碎片都具有过大的中子—质子比。它们通常要经过一系列β衰变，将过剩中子转变为质子才成为稳定核。 毒物：裂变产物中中子吸收截面较大的叫做毒物。典型的有135Xe和149Sm;裂变中子 裂变中子数经验公式： 瞬发中子和缓发中子：裂变中，99％以上的中子是在裂变的瞬间(约10-14s)发射出来的，把这些中子叫瞬发中子；裂变中子中，还有小于1％的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的，把这些中子叫缓发中子。;裂变中子能谱 裂变中子平均能量;1.5 链式裂变反应;热中子反应堆内中子循环;参量 快中子增殖因数：由一个初始裂变中子所得到的、慢化到238U裂变阈能以下的平均中子数。 逃脱共振俘获概率：在慢化过程中逃脱共振俘获的中子份额就称作逃脱共振俘获概率。 热中子利用系数：被燃料吸收的热中子数占被芯部中所有物质(包括燃料在内)吸收的热中子总数的份额。 有效裂变中子数：核燃料每吸收一个热中子所产生的平均裂变中子数。 不泄漏几率：中子在慢化过程和热中子在扩散过程中不泄漏概率的乘积。;有效增殖因数：对给定系统，新生一代的中子数和产生它的直属上一代中子数之比。 实际上从中子