西交大核研试卷参考答案

西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案术语解释燃耗深度：对核燃料在反应堆内的停留时间和使用寿命，一般用燃耗深度来表达；燃耗深度是装入堆芯的单位重量核燃料所产生的总能量的一种度量。补充知识：一般把装入堆芯的单位质量燃料所发出的能量作为燃耗深度的单位，即焦耳/公斤铀（J/kg）。但在工程中，习惯上常以装入堆内每吨铀所发出的热能（认为单位）作为燃耗深度单位，即兆瓦*日/吨铀。（兆瓦*日/吨铀）式中的和分别为核燃料的质量（吨）和它所发出的能量（兆瓦*日）。若认为燃料，则它的单位为（兆瓦*日/吨铀）。在计算核燃料质量时应当注意：它是指燃料中具有重元素（铀、钚和钍）的质量，例如以二氧化铀为燃料时，在计算时，必须把燃料中的氧所占分数扣出除。燃耗深度的第二种表达形式为燃耗掉的易裂变同位素的质量和装载的易裂变同位素质量的比值：燃耗深度的第三种表达形式为：燃耗掉的易裂变同位素的质量（公斤）与装载的燃料质量（吨）的比值：反应堆周期：中子密度变化e倍所需的时间称为时刻反应堆周期T。一般还用中子密度的相对变化率直接定义反应堆周期T，即令控制棒价值：即控制棒的反应性价值，是指在堆芯内有控制棒存在时和没有控制棒存在时的反应性之差。补充知识：（1）控制棒的微分价值：控制棒在堆芯不一样高度处移动单位距离所引起的反应性变化。控制棒位于顶部与底部时，非线性关系中部，微分价值较大，近似线性关系。反应堆中调整棒的调整段一般都选择在堆芯的轴向中间区段。（2）控制棒的积分价值：当控制棒从一初始参照位置插入到某一高度时，所引入的反应性。参照位置选择堆芯顶部，则插棒向堆芯引入负反应性。伴随棒不停插入，所引入的负反应性也越大。积分价值在棒位处在顶部时等于零。停堆深度：当所有控制毒物都投入堆芯时，反应堆所到达的负反应性。温度系数：由堆芯单位温度变化所引起的反应性变化，包括燃料温度系数和慢化剂温度系统，分别指燃料和慢化剂的单位温度变化所引起的反应性变化。多普勒效应：由于温度升高，靶核的热运动增强，中子与靶核之间的相对运动速度发生变化，导致共振截面曲线上共振峰的宽度随温度的升高而增长，峰值截面减小的现象。四因子模型：以四因子公式对热中子反应堆内的中子平衡进行分析的措施称为四因子模型。其中：—快中子增值因数；—逃脱共振吸取几率；—热中子运用系数；—有效裂变中子数。徙动长度：，是热中子扩散长度，是热中子年龄，则称为徙动长度。是影响堆芯中子泄露程度的重要参数，愈大，则中子不泄露几率便愈小。核反应率：单位时间单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数（记录平均值）。中子/（m³·s）反射层节省：在芯部材料性质相似的状况下，由于反射层减少了中子泄露损失使得反应堆的临界体积比裸堆时的临界体积小。反射层节省：—临界半径（包括外推距离）；—加反射层后来的临界半径。解：中子吸取截面服从规律变化：设，其中A为常数。中子通量服从规律变化：设,其中B为常数。则能量在区间内的中子的平均微观吸取截面为：解：对非增殖无限均匀介质：中子扩散方程为：，其通解为：；由于时，有界，故C=0,；假设一种半径为r的包围球心（原点）的小球，令为球面上的中子流密度矢量；由对称性可知，其方向必然沿着径向。故，单位时间从该小球面流出的种子数为。当时，它恰好为源强S。由斐克定律得：代入上式可得故从而有从球面上泄露出去的中子数为：解：①考虑修正，临界时有：得式中：由已知H=D=2R,故几何曲率为：临界条件下有：，从而得即解得：R=55.07cm堆芯的临界尺寸为：高度H=2R=110.14cm，直径D=2R=110.14cm。②将提高届时，由①知故有这时反应堆的反应性为：解：压水堆忽然停堆时，氙浓度和过剩反应性的变化曲线如下：压水堆开堆、忽然停堆和再启动的整个过程中的钐浓度和过剩反应性的变化曲线如下：六、（1）压水堆燃料温度反应性反馈：燃料温度升高时，靶核的热运动增强，中子与靶核的相对运动速度或相对能量发生变化，使得共振截面曲线上共振峰展宽，峰值减少；同步，“能量自屏现象”和“空间自屏效应”都将减弱，从而使有效共振积分增长。因而，温度升高，多普勒效应的成果使有效共振吸取增长，逃脱共振俘获概率减小，有效增值因数下降，产生了负的温度反馈效应，使反应性减少。温度减少时则恰好相反。（2）慢化剂温度反应性反馈：当温度升高时，作为压水堆慢化剂的水的密度将减小。这首先对于燃料的有害吸取减小，使有效增殖因数增长，反应性增长；尤其是但慢化剂中具有化学赔偿毒物（如硼酸）时，温度升高导致硼的溶解度减少，反应性的增长会愈加明显。另首先，由于密度的减小，慢化剂的慢化能力减少，因而共振吸取增长，反应性减小。慢化剂的温度系数究竟是正还是负，由上述两方面的效应综合决定。在轻水堆中，它与水铀比亲密有关。一般将水铀比取在欠慢化区，使得慢化剂的温度系数为负的。西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案一、名词解释6、慢化长度：，它与一种快中子慢化到热中子所需要的平均时间成正比，称之为热中子年龄。中子年龄越大，快中子慢化成热中子所需通过的直线飞行距离平均来说也越长。故将成为慢化长度。8、中子价值：不一样能量的中子在堆芯链式反应中的奉献程度的大小。9、平均自由程：中子在介质中运动时，与原子核持续两次互相作用之间穿行的平均距离，用表达。10、扩散长度：表征中子从慢化成热中子处到被吸取为止在介质中运动所穿行的直线距离。三、解：（1）临界时：同步由临界条件可得：（2）以立方体的体心为原点，建立如图的直角坐标系：则中子通量分布为其中：V为芯部体积。中子通量分布为：五、绘图：反应堆启动直至平衡后忽然停堆直至稳定后在启动过程中的氙浓度、钐浓度和反应堆剩余反应性的变化曲线：西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案术语解释解：按图示定义平面直角坐标系。假设该介质无吸取、无散射，则在点，来自左右两个点源的中子流强度均为，可知：在点，来自左右两个点源的中子源强度均为，则其水平方向的投影分量恰好大小相等、方向相反，可得：其方向沿Y轴正方向。若考虑介质对中子的吸取及散射，设总的反应截面为，则上述成果变为：解：同上套试卷（1）反应性控制的任务：保证安全前提下控制剩余反应性，满足长期运行的需要。（赔偿控制，长期运行）通过控制毒物合适的空间布置和最佳的提棒程序，使反应堆在整个寿期内保持较平坦的功率分布，尽量减少功率峰因子。（展平功率，减少峰值）在外界负荷变化时，能调整反应堆功率，使它能合用外界负荷变化。（调整控制，跟随负荷）反应堆事故时，能迅速安全停堆，并保持合适的停堆深度。（紧急控制，安全停堆）（2）重要控制措施有：变化堆内中子吸取变化中子慢化性能变化燃料的含量变化中子泄漏重要控制方式有：控制棒控制特点：控制棒控制的动作速度快，精确可靠，可控性强，有助于展平径向功率分布，但轴向功率峰因子变大，影响压力容器的强度。固体可燃毒物控制可以自动赔偿燃耗效应，但减少了燃耗深度，可燃毒物固定在堆芯，不可调。化学赔偿控制均匀分布在慢化剂中，对功率分布的影响是均匀的，不会使功率分布发生畸变，但硼的浓度过高时有也许使慢化剂的温度系数变正，影响反应堆的安全；同步引入的反应性变化比较缓慢。五、分析选择燃料栅格数（水铀比）的物理根据：栅格重要几何参数:燃料块的厚度、半径(d)和栅距(h)。h/d决定了栅元中慢化剂核和燃料核数目之比，也决定了中子被慢化的程度。对给定燃料和富集度，变化这些参数，将变化系统的。以压水堆为例：燃料和慢化剂体积比发生变化时，栅格的无限增殖因数将发生变化。增长，逃脱共振俘获概率p增长，因此增长。同样增长，栅元中慢化剂含量增长，中子被慢化剂吸取的份额增长，因此热中子运用系数下降，下降。两种效应互相作用的成果使k¥与变化曲线上存在一种极大值。在给定燃料富集度和慢化剂材料的状况下，存在着使栅格的到达极大值或临界体积为极小的栅格几何参数，这样的栅格叫最佳栅格。极大值左侧的栅格称为慢化局限性栅格，右侧的栅格称为过度慢化栅格。从安全角度规定，压水堆2的设计和运行必须在欠慢化区。这样当水温升高时，水的密度下降减少，下降，反应堆才是安全的。十、简述维持链式反应的必要条件及影响增殖因数的原因：实现自续链式裂变反应的条件是：当一种裂变核俘获一种中子产生裂变后来，在新产生的中子中，平均至少应当再有一种中子去引起另一种核的裂变。有效增值因数：对给定的系统，新生一代的中子数和产生它的直属上一代中子数之比，即在实际问题中很难确定中子每“代”的起始和终了时间。从中子的平衡关系定义系统的有效增殖因数更以便，即如有效增殖因数，表达系统处在临界系统;如有效增殖因数，表达系统处在次临界系统;如有效增殖因数，表达系统处在超临界系统。有限大小的反应堆，中子的泄露无法防止，中子的不泄露概率⋀定义为：不泄露概率⋀与反应堆大小、形状以及成分有关。我们有反应堆维持自持链式裂变反应的条件是：影响增殖因数的原因：系统材料成分、构造、中子的泄露程度有关。当反应堆的尺寸为无限大时，中子的泄露损失便等于零，这时的增殖因数只与系统的材料和成分有关。我们把无限大介质的有效增殖因数称为无限介质有效增殖因数，以表达。（1）快中子增殖因数ε，它的定义是：由一种初始裂变中子所得到的、慢化到238U裂变阈能如下的平均中子数。（2）逃脱共振俘获概率p：在慢化过程中逃脱共振吸取的的中子的份额称为逃脱共振俘获概率，用p表达。（3）热中子吸取系数：（4）有效裂变中子数η，定义为：核燃料每吸取一种热中子产生的平均裂变中子数。（5）不泄露概率Λ，它是中子在慢化过程和热中子在扩散过程中不泄露概率的乘积。Λ=ΛsΛd

十二、推理题西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案一、二、三、五题略四、解：由点堆动力学方程得：临界时：无外加中子源时：从而有：西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案一、二、三、四略西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案名词解释燃耗深度：反应堆周期：温度系数：DNBR：临界流：自然循环：六、略七、解：球壳反应堆的波动方程为：其通解为：其中A、C为常数，且临界时有：从而可得：八、解：由图可知：的平衡方程为：的平衡方程为：反应堆在第一炉启动时，和的初始浓度都等于0。若反应堆在t=0时刻开始启动，并且很快到达满功率，那么就可近似地认为t=0时刻中子通量密度瞬时到达额定值，并一直保持不变。反应堆启动后来，和的浓度度伴随时间的增长而增长。当t趋于无穷大时，两者的浓度到达平衡，保持不变。解得：由平衡氙所引起的反应性变化为：九、略西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案一、二、四、六、八略西安交通大学攻读硕士学位硕士入学考试试题（反应堆物理部分）参照答案一、名词解释1、2、3、4略5、瞬发临界：当时，即仅依托瞬发中子到达临界，称为瞬发临界。二、略三、解：四略五、解：化学赔偿控制长处：化学毒物在堆芯分布均匀不引起功率畸变，并且与燃料分区配合，减少功率峰因子，提高平均功率密度。硼浓度可根据运行需要调整，而固体可燃毒物不可调整。化控不占栅格位置，不需驱动机构等，简化堆构造，提高经济性。化学赔偿控制缺陷:硼浓度变化需一定期间，仅能控制慢变化反应性。加硼和释硼需要一套附加设备系统。慢化剂中硼浓度对慢化剂温度系数又明显的影响。以上三种状况中，可燃