反应堆物理的学习课件

反应堆物理的学习课件第1页/共33页原子核物理核力、核衰变、衰变规律、比结合能曲线中子与原子核的相互作用散射、吸收截面、平均自由程、截面随中子能量的变化共振吸收—多普勒效应核裂变过程裂变能量的释放、裂变产物、裂变中子链式裂变反应临界条件、中子循环六因子公示每个因子的含义第2页/共33页第二章中子的慢化和慢化能谱第3页/共33页中子的弹性散射过程（经典力学）碰撞后中子能量的损失、（平均）对数能降增量慢化剂的选择无限均匀介质内中子的慢化能谱（碰撞次数相等）反应堆内的能谱裂变谱、费米谱、麦克斯韦谱第4页/共33页裂变产生的中子具有很高的能量，平均约为2MeV，对于热中子反应堆，需要将中子慢化到热能区域，中子由于散射碰撞而降低速度的过程称为慢化过程。重要概念第5页/共33页与静止的靶核的弹性散射由动能和动量守恒规律可知：EiandEf分别为碰撞前后中子的能量。A是靶核的质量数。第6页/共33页平均对数能降增量对数能降:中子从MeV数量级降低到Ev的数量级，为方便表示，我们使用对数能降的概念。一次碰撞后对数能降增量为：第7页/共33页慢化剂的选择慢化能力

慢化比第8页/共33页反应堆能谱产生的裂变中子连续慢化，进入到缝合能以下的热化区。堆内中子密度按能量具有一个稳定的分布，称之为堆芯中子能谱分布。高能区(E>0.1MeV)

中子从裂变产生尚未充分慢化，其能谱与裂变中子谱非常近似。慢化区(1eV<E<0.1MeV)

在弱吸收介质中，这一能区内中子通量密度近似于费米谱(1/E谱)热能区(E<1eV)

该区内的中子称为热中子，指的是中子与所在介质的原子处于热平衡状态。类似于气体分子的热运动速度，热中子能谱服从麦克斯韦-玻耳兹曼分布。第9页/共33页能谱的“硬化”何谓能谱的硬化？能谱硬化的原因：a.中子由高能向低能慢化，因此在能量较高的区域内中子数目相对要多。b.由于介质的吸收，一部分中子未达到热平衡就已经被吸收了，使得能量较低的中子份额减小。第10页/共33页第三章单速中子扩散第11页/共33页单速中子扩散单速中子扩散方程菲克定律第12页/共33页菲克定律斐克定律前提：a.介质是无限的、均匀的；b.散射是各向同性的；c.介质的吸收截面很小，即Σa<<Σs

；d.中子通量密度是随空间位置缓慢变化的函数。斐克定律第13页/共33页单能中子扩散方程如果斐克定律成立，则可以得到单能中子扩散方程：若中子通量密度不随时间变化，方程可以化为：称为稳态单能中子扩散方程第14页/共33页单速中子扩散扩散长度定义物理意义第15页/共33页第四章均匀反应堆的临界理论第16页/共33页均匀裸堆的单群理论均匀裸堆的单群扩散方程及其解裂变源强可以表示为：在没有外源的情况下，单群扩散方程为：第17页/共33页裸堆单群近似的“临界条件”为： 其中B2为最小特征值，记为，称为几何曲率当反应堆处于临界时通量密度服从波动方程第18页/共33页堆内中子不是从堆内泄漏出去，就是被堆内物质吸收，则不泄漏概率可以表示为：第19页/共33页定义ρ

为反应性，有：对于临界反应堆ρ=0；若ρ>0，则反应堆处于超临界状态；若ρ<0，则反应堆处于次临界状态。|ρ|的大小表示反应堆偏离临界状态的程度。反应性ρ的单位有：

PCM。1PCM=10-5ρ(Δk/k)。元。1元反应性为1βeff，记为1$，βeff为有效缓发中子产额。分。1元等于100分，记为1¢

。第20页/共33页均匀反应堆的临界理论均匀裸堆的临界理论几种裸堆的几何曲率与通量密度分布带反射层的反应堆反射层的作用、反射层节省反应堆功率分布功率分布与众多因素有关通量密度分布不均匀系数与通量展平双群扩散理论第21页/共33页第五章燃耗与中毒第22页/共33页燃耗与中毒裂变产物中毒氙-135中毒启动后积累（平衡氙）、停堆后的变化（碘坑）功率变化时浓度的变化、氙震荡。第23页/共33页平衡氙中毒与热中子通量密度水平有关。当堆内中子通量密度很小时，平衡氙中毒也很小。在高的热中子通量密度下运行时，可以近似认为平衡氙中毒与通量密度无关，只与宏观裂变截面和宏观吸收截面的比值有关。碘坑第24页/共33页钐-149中毒启动后积累（平衡钐）、停堆后的变化第25页/共33页反应堆堆芯寿期与燃耗深度一个堆芯从开始运行到有效增殖系数降到1时，反应堆满功率运行的时间称为堆芯寿期。表示核燃料贫化程度的物理量—燃耗深度。第26页/共33页第六章堆内燃料管理第27页/共33页堆内核燃料管理核燃料的转换与增殖堆内燃料管理多循环燃料管理单循环燃料管理换料方案选择、换料周期、换料批数第28页/共33页第七章温度效应和反应性控制第29页/共33页温度效应和反应性控制反应性温度系数（影响因素）燃料温度系数（多普勒功率系数）慢化剂温度系数功率系数反应性控制任务与方式三种控制手段、各自的控制对象控制棒控制（微积分价值、棒间干涉效应）化学补偿控制（硼微分