核工程原理考试

1、核工程原理考试-年堆物理期中 测验答案-清华大学2008年核工程原理期中测验 姓名：班级:学号:第一部分：基本概念和简单计算题（60分）核反应率密度的计算公式是R=。（1分）答案：。计算某能量范围内的中子核反应平均截面时，计算公式是： =,即用 作为权重函数，目的是使等效。（3分）答案： 豆（E）中（E）dE ； 中子通量密度（或中子能谱）；（E）dE反应率。iE热中子反应堆内的中子能谱大致可以分为三段，高能段可以用谱来近似;低能段可以用谱来近似；中能段大致上是谱，但 处会有所偏离。（4分）答案：裂变；麦克斯韦；费米（或1/E）；共振能 量。 当温度升高时共振峰展宽、变矮的现象称为 效应。（1

2、分）答案：多普勒。5 .有效共振积分采用的2种近似为： 近似和 近似。（2分）答案：宽共振（或IMNR）；窄共振（或NR）。描述慢化剂性能的两个常用参数是慢化能力和慢化比。慢化能力的定义是慢化比的定义是，。常用的三种慢化剂（轻水，重水，石墨）中，的慢化能力最强，的慢化比最大。（4分）答案：寡；强/.轻水；重水。反应堆的临界条件是 .热中子反应堆的六因子公式是。（2分）答案：灼=i ； kf m mA d。.菲克定律在下列哪些情况下一定不适用？ （3分）（1）强吸收介质中（2）靠近自由表面处（3）两种不同介质的交界面上答案：（1）（2）这一条不要.天然铀中99%以上是铀238，那么用纯铀238可

3、以做成临界反应堆（热堆或快堆） 吗？为什么？（ 8分）答案：纯铀238不可以做成热堆，因为铀238的裂变阈能远高于热中子能量；纯铀238也不可以做成快 堆，因为铀2 3 8对快中子的非弹性散射截面远大于 裂变截面，快中子易被慢化到裂变阈能以下。.一公斤铀238在宇宙射线中子作用下每秒可以发生约6.3次裂变，试估计宇宙射 线中的中子通量密度水平（宇宙射线中子的能量大约是5 Mev,铀238对5Mev中子的裂 变截面约为0.5 b ）。（8分）liiJ答案：裂变率R=E = NE = N。卜W。小，则通量为liiJ总 f A A f6.3 x 6.3 x 238中=RfA =4.98 x104 m

4、-2 s - LmN?1000 x 6.022 x 1023 x 0.5 x 10-2811.我国最近在新疆发现了储量为数万吨的特大铀矿（假设为5万吨）。根据国家规 划，到2020年时，我国核发电能力将达到4千万KWe,假设这些核电机组的热电转换 效率都是33.3%,每年发电300天。试估计每年需要多少天然铀？上述大铀矿能为这些 核电机组供应燃料多少年？（为简单起见，不考虑各种工艺过程中铀235的损失，也不考 虑铀238转化成的钚239对发电的贡献）。已知铀235的俘获-裂变比为0.17,1.05克U235 核完全裂变可释放1兆瓦日的能量。（8分）答案：每年需要U235为4 x104 MW一x

5、 300 x 1.05g / MWd x (1+ 0.17) = 4.427 x 107 g = 44.27t，33.3%故每年需天然铀为4故每年需天然铀为4 4 . 2=76200t ,0.714%新发现的大铀矿可供应燃料时间为12. A neutron of energy 50kev collides with an atom of C-12, which is at rest. Calculate:The minimum neutron energy after impact.The average neutron energy after impact. (8 分)答案：（a） e答案

6、：（a） eE = 5min2112JE =x50 = 35.80keV ;132(b) E _ 土E 兰1E -旦x50-429。心-(因为散射 X 匕. e2(A +1)2132后中子能量在E到口 E之间均匀分布，故平均值是最大a值与最小值之和的一半)13.某平板介质的厚度a13.某平板介质的厚度a=200cm (含外推距离)，平板内的中子通量分布为兀r顿x)-%cos(；)，坐标原点在平板中央。其中e 0 104n/cm2 - s , D 0.8cm，在x =7 5cm 处，(8分)J- 1014.76n/(cm2y)，e , J + , J - , J J + 898.66n / (c

7、m2广)，答案:e 3.827 x 103 n /(cm 2?)J -116.10 n / (cm 2 广) 第二部分：计算分析证明题(40分)(第1,2题中任选一题，第3题必做。每题20分)1. Neutron sources are distributed in a infinite slab of extrapolated thickness, a, according to the relation s (x) S (x + a), where S is a constant and x is measured from2the center of the slab. Show tha

8、t the flux within the slab is given byx + af。/、 Sae (x)乙a/、 Sae (x)乙a+a 2证明：平板中的中子扩散方程为d2e(x) e(x) s(x)，十0dx 2L D边界条件为：(i) e (a /2) 0 ; e (a /2) 0 -扩散方程的解可分为特解和齐次方程的解两部分，由于源为线性分布，所产生的特解应是简单函数，其l=J二阶导数为零，故可定出特解为：=哮=* =河3/2),a a齐次方程解为：,故原扩散方程的解为：(X)= Aex/L + Cex/L + (x + a/2) 9根据边界条件得Je-fl/2根据边界条件得Je-

9、fl/2+Cefl/2L+ = 0亳 ，Aea/2L+Ce-a/2L =0IA Sa ea/2L解得寻7C=_ 凶 E e两 _e*养2功一次项2-泸养2功一次项2-泸Sax-va/2 sh(广)2.在一个中子通量密度为常数的通量场中，放入一块厚度为2d的无限大平板，该板 由弱吸收材料组成。求板内的通量密度分布和通量分布不均匀系数(即最大通量与平均 通量之比)。解：扩散方程为%碧=。同5,边界条件为：(i) j(o)=0 ； (ii) y, 扩散方程解为(Kx) = Ach(x/ L) + Csh(x / L), 由边界条件(i),c=o,由边界条件(ii), Ach(d/) = , A =:， ch(d / L)则板内通量密度分布为如ch(x 则板内通量密度分布为如ch(x / L).(P 9ch(d/LY板内平均通量为殆！ j(g=-sh(x / 切：=th(d IL), 最大 a J。dch(d / L)a通量媳x，通量分布不均匀系数为多O（/） Lth（d / L）3.设中子在A1的弱吸收介质内慢化时中子慢化能谱为费米谱，即（） = | （C为 常数）试证明：每秒每立方厘米从分界能3 （分界能以上为费米谱）以上的能区散射到分界 能以下某能区AE内的中子数，为 手马密-血建（1欢 E2）（E = E-E2 , Ec E E2 aEc ）d=EEcE】dE I =E