链式裂变反应与反应堆临界条件

裴洋核能发电教研室

核反应堆物理基础2.5链式裂变反应2链式裂变反应+自持+可控=〉核裂变反应堆当中子与裂变物质发生作用而发生核裂变反应时，裂变物质的原子核通常分裂为两个中等质量的核，与此同时还将平均产生两个以上新的裂变中子，并释放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当条件下，这些裂变中子又会引起其它裂变同位素的裂变，如此不断继续下去。这种反应过程称为链式裂变反应如果每次裂变反应产生的中子数目大于引起核裂变所消耗的中子数目，那么一旦在少数的原子核中引起了裂变反应之后，就有可能不再依靠外界的作用而使裂变反应不断的进行下去链式裂变反应 2.5链式裂变反应32.5.1热中子反应堆内的中子循环反应堆内中子数目的增减与平衡，主要取决于下列几个过程：238U的快中子增殖慢化过程中的共振吸收慢化剂以及结构材料等物质的辐射俘获燃料吸收热中子引起的裂变中子的泄露：慢化过程中的泄露+热中子扩散过程中的泄露42.5.2描述热堆中子循环过程的六个参数（因子）快中子增殖因子

（fastfissionfactor）逃脱共振俘获概率p(resonanceescapeprobability)热中子利用系数f(thermalutilizationfactor)有效裂变中子数

(neutronyieldperabsorption)不泄露概率

(non-leakageprobability)慢化过程不泄露概率

s扩散过程不泄露概率

d =s

d52.5.3快中子增殖因子（fastfissionfactor）定义：由一个初始裂变中子所得到的，慢化到238U裂变阈能以下的平均中子数初始裂变中子中，有约60%的中子能量在238U的裂变阈能（1.1MeV）以上，这些中子与238U作用，一部分能引起238U核裂变而产生快中子，该过程为238U快中子增殖效应反映热堆中快中子对裂变的一点小贡献≈1.022.5.4逃脱共振俘获概率p定义:在慢化过程中逃脱共振吸收的中子份额。描述堆芯中U-238等重核的对中能中子的共振吸收现象对裂变的影响p的近似计算p~0.877热中子利用系数f(thermalutilizationfactor)定义：被燃料吸收的热中子数占被芯部中所有物质吸收的热中子总数的份额。表征堆芯中非核燃料材料吸收中子对链式反应的影响f~0.71

8有效裂变中子数

(neutronyieldperabsorption)定义：燃料每吸收一个热中子后平均放出的裂变中子数

~1.659不泄露概率

(non-leakageprobability)快中子不泄漏概率

s：快中子慢化过程中未泄漏出堆芯（而是被堆芯物质吸收）的份额。~0.97热中子不泄漏概率

d

：热中子扩散过程中未泄漏出堆芯（被堆芯物质吸收）的份额。~0.99不泄露概率

：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。=s

d102.5.5“四因子公式”（fourfactorformula）

临界条件有效增值因子Keff：从中子的平衡关系来定义Keff：临界条件：

Keff=1:临界系统,稳态

Keff<1：次临界系统，衰减

Keff>1：超临界系统，增长

12无限介质增值因子k

：无限大介质的增值因子,中子泄露损失为零，只与系统材料成分和结构有关。不泄露概率