反应堆原理：第三章 中子慢化和慢化能谱-1

《反应堆原理》

第三章中子慢化与慢化中子能谱-I反应堆原理反应堆原理中子的弹性散射过程无限均匀介质内的中子慢化能谱均匀介质中的共振吸收热中子能谱和热中子平均截面1234目录反应堆原理第三章中子慢化和慢化能谱裂变中子非弹性散射弹性散射共振吸收（不可分辨共振）弹性散射（质心系内散射为各向同性）共振吸收（可分辨共振）向上散射化学键影响裂变中子区慢化区热化区E10MeV0.1MeV1eV0中子慢化各能区的核反应特征反应堆原理一.中子的弹性散射过程

1.弹性散射时能量的变化入射中子靶核实验室系（L系）入射中子靶核质心系（C系）质心ulucVc散射中子反冲核ul'Vl'uc'Vc'反冲核散射中子θlθcuc'＝VcVc'uc＝中子与核的弹性散射可以看作是两个弹性刚球的相互碰撞，碰撞前后其动量和动能守恒。反应堆原理一.中子的弹性散射过程(1)时，即碰撞前后中子没有能量损失(2)时，(3)中子在一次碰撞中可能损失的最大能量为若若，，反应堆原理

2.散射后中子能量的分布dΩcθcdθcO：能量为El的中子碰撞后能量在El'附近dEl'范围内的概率：散射中子在θc附近dθc内的概率C系内角分布dΩcθcdθcO称为散射函数一.中子的弹性散射过程反应堆原理

3.平均散射角余弦设C系下，中子弹性散射角为设L系下，中子弹性散射角为一.中子的弹性散射过程反应堆原理u0uc'ul'θlθcO入射中子运动方向一.中子的弹性散射过程反应堆原理对数能降：中子一次碰撞后对数能降的增加量设中子碰撞前能量为E，碰撞后能量为E'

4.平均对数能降一.中子的弹性散射过程反应堆原理每次碰撞中子能量的自然对数的平均变化值，称为平均对数能降，使用ξ表示若用Nc表示中从初始能量E1慢化到E2所需要的平均碰撞次数一.中子的弹性散射过程反应堆原理元素质量数Aξ氢(H)11.000水(H2O)0.920氘(D)20.725重水(D2O)0.509氦(He)40.425铍(Be)90.209石墨(C)120.158氧(O)160.120铀(U)2380.00838不同介质的ξ值一.中子的弹性散射过程反应堆原理一.中子的弹性散射过程例题:试求使中子能量由2MeV慢化到0.0253eV时分别所需的与H核、石墨核以及238U核的平均碰撞次数。解:查表可得因此反应堆原理一.中子的弹性散射过程慢化能力：ξΣs（ξ为平均对数能降，Σs

为宏观散射截面）慢化比：ξΣs/

Σa

（Σa

为宏观吸收截面）慢化剂慢化能力ξΣs/cm-1慢化比ξΣs/Σa

H2O1.53×10-270D2O1.77×10-32100石墨6.3×10-4170三种慢化剂的慢化能力和慢化比

5.慢化剂的选择反应堆原理一.中子的弹性散射过程中子自裂变产生到最后被俘获的平均时间称为中子的平均寿命，使用l来表示慢化时间ts：中子自裂变产生到慢化成为热中子所需的平均时间扩散时间td：热中子自产生到被俘获以前所经历的平均时间

6.中子的平均寿命反应堆原理一.中子的弹性散射过程慢化时间ts：设中子速度为,dt内该中子与原子核发生碰撞的平均次数为，扩散时间td：反应堆原理一.中子的弹性散射过程慢化剂慢化时间/s扩散时间/sH2O6.3×10-62.05×10-4D2O5.1×10-50.137Be5.8×10-53.89×10-3BeO7.5×10-56.71×10-3石墨1.4×10-41.67×10-2几种慢化剂的慢化时间和扩散时间反应堆原理二.无限均匀介质内的中子慢化能谱慢化密度q(r,E)：介质r处每秒每单位体积内慢化到能量E以下的中子数E0∞E'r处的中子：r处中子能量在E‘

附近每单位能量间隔内的中子通量密度。

：r处对能量为E‘

的中子的宏观散射截面。dE'dE：r处能量为E‘

的中子每秒发生散射的次数。：能量为E‘

的中子散射后慢化至能量E附近dE内的概率。r处能量为E'的中子每秒慢化到E以下的中子数：反应堆原理二.无限均匀介质内的中子慢化能谱EE'r处的中子αE'E/α慢化密度q(r,E)给出了r处中子被慢化并通过某给定能量E的慢化率。反应堆原理二.无限均匀介质内的中子慢化能谱Er处的中子dEE'dE'dE'能量间隔内中子每秒被散射到dE间隔的数目：E'>E的区域内中子每秒被散射到dE间隔的数目：核裂变直接在dE间隔每秒产生的中子数：dE间隔每秒散射出去和被吸收的中子总数：稳态均匀无限介质的中子慢化方程：反应堆原理二.无限均匀介质内的中子慢化能谱慢化方程：在慢化区（1eV~0.1MeV)内：可得渐进解：代入慢化密度方程：

1.无吸收单核无限介质情况反应堆原理二