反應堆物理的學習課件第1頁/共33頁原子核物理核力、核衰變、衰變規律、比結合能曲線中子與原子核的相互作用散射、吸收截面、平均自由程、截面隨中子能量的變化共振吸收—多普勒效應核裂變過程裂變能量的釋放、裂變產物、裂變中子鏈式裂變反應臨界條件、中子循環六因子公示每個因子的含義第2頁/共33頁第二章中子的慢化和慢化能譜第3頁/共33頁中子的彈性散射過程（經典力學）碰撞后中子能量的損失、（平均）對數能降增量慢化劑的選擇無限均勻介質內中子的慢化能譜（碰撞次數相等）反應堆內的能譜裂變譜、費米譜、麥克斯韋譜第4頁/共33頁裂變產生的中子具有很高的能量，平均約為2MeV，對于熱中子反應堆，需要將中子慢化到熱能區域，中子由于散射碰撞而降低速度的過程稱為慢化過程。重要概念第5頁/共33頁與靜止的靶核的彈性散射由動能和動量守恒規律可知：EiandEf分別為碰撞前后中子的能量。A是靶核的質量數。第6頁/共33頁平均對數能降增量對數能降:中子從MeV數量級降低到Ev的數量級，為方便表示，我們使用對數能降的概念。一次碰撞后對數能降增量為：第7頁/共33頁慢化劑的選擇慢化能力

慢化比第8頁/共33頁反應堆能譜產生的裂變中子連續慢化，進入到縫合能以下的熱化區。堆內中子密度按能量具有一個穩定的分布，稱之為堆芯中子能譜分布。高能區(E>0.1MeV)

中子從裂變產生尚未充分慢化，其能譜與裂變中子譜非常近似。慢化區(1eV<E<0.1MeV)

在弱吸收介質中，這一能區內中子通量密度近似于費米譜(1/E譜)熱能區(E<1eV)

該區內的中子稱為熱中子，指的是中子與所在介質的原子處于熱平衡狀態。類似于氣體分子的熱運動速度，熱中子能譜服從麥克斯韋-玻耳茲曼分布。第9頁/共33頁能譜的“硬化”何謂能譜的硬化？能譜硬化的原因：a.中子由高能向低能慢化，因此在能量較高的區域內中子數目相對要多。b.由于介質的吸收，一部分中子未達到熱平衡就已經被吸收了，使得能量較低的中子份額減小。第10頁/共33頁第三章單速中子擴散第11頁/共33頁單速中子擴散單速中子擴散方程菲克定律第12頁/共33頁菲克定律斐克定律前提：a.介質是無限的、均勻的；b.散射是各向同性的；c.介質的吸收截面很小，即Σa<<Σs

；d.中子通量密度是隨空間位置緩慢變化的函數。斐克定律第13頁/共33頁單能中子擴散方程如果斐克定律成立，則可以得到單能中子擴散方程：若中子通量密度不隨時間變化，方程可以化為：稱為穩態單能中子擴散方程第14頁/共33頁單速中子擴散擴散長度定義物理意義第15頁/共33頁第四章均勻反應堆的臨界理論第16頁/共33頁均勻裸堆的單群理論均勻裸堆的單群擴散方程及其解裂變源強可以表示為：在沒有外源的情況下，單群擴散方程為：第17頁/共33頁裸堆單群近似的“臨界條件”為： 其中B2為最小特征值，記為，稱為幾何曲率當反應堆處于臨界時通量密度服從波動方程第18頁/共33頁堆內中子不是從堆內泄漏出去，就是被堆內物質吸收，則不泄漏概率可以表示為：第19頁/共33頁定義ρ

為反應性，有：對于臨界反應堆ρ=0；若ρ>0，則反應堆處于超臨界狀態；若ρ<0，則反應堆處于次臨界狀態。|ρ|的大小表示反應堆偏離臨界狀態的程度。反應性ρ的單位有：

PCM。1PCM=10-5ρ(Δk/k)。元。1元反應性為1βeff，記為1$，βeff為有效緩發中子產額。分。1元等于100分，記為1￠

。第20頁/共33頁均勻反應堆的臨界理論均勻裸堆的臨界理論幾種裸堆的幾何曲率與通量密度分布帶反射層的反應堆反射層的作用、反射層節省反應堆功率分布功率分布與眾多因素有關通量密度分布不均勻系數與通量展平雙群擴散理論第21頁/共33頁第五章燃耗與中毒第22頁/共33頁燃耗與中毒裂變產物中毒氙-135中毒啟動后積累（平衡氙）、停堆后的變化（碘坑）功率變化時濃度的變化、氙震蕩。第23頁/共33頁平衡氙中毒與熱中子通量密度水平有關。當堆內中子通量密度很小時，平衡氙中毒也很小。在高的熱中子通量密度下運行時，可以近似認為平衡氙中毒與通量密度無關，只與宏觀裂變截面和宏觀吸收截面的比值有關。碘坑第24頁/共33頁釤-149中毒啟動后積累（平衡釤）、停堆后的變化第25頁/共33頁反應堆堆芯壽期與燃耗深度一個堆芯從開始運行到有效增殖系數降到1時，反應堆滿功率運行的時間稱為堆芯壽期。表示核燃料貧化程度的物理量—燃耗深度。第26頁/共33頁第六章堆內燃料管理第27頁/共33頁堆內核燃料管理核燃料的轉換與增殖堆內燃料管理多循環燃料管理單循環燃料管理換料方案選擇、換料周期、換料批數第28頁/共33頁第七章溫度效應和反應性控制第29頁/共33頁溫度效應和反應性控制反應性溫度系數（影響因素）燃料溫度系數（多普勒功率系數）慢化劑溫度系數功率系數反應性控制任務與方式三種控制手段、各自的控制對象控制棒控制（微積分價值、棒間干涉效應）化學補償控制（硼微分