核反應(yīng)堆工程09

核能開發(fā)與應(yīng)用實現(xiàn)自持鏈式反應(yīng)的條件臨界系統(tǒng)：系統(tǒng)中每單位時間內(nèi)產(chǎn)生的裂變數(shù)保持常數(shù)。超臨界系統(tǒng)：如果每次裂變最終可以導(dǎo)致一次以上的裂變，那么裂變率將隨時間而增加。次臨界系統(tǒng)：如果每次裂變最終導(dǎo)致的裂變少于一次，那么裂變率將隨時間而減少。為了在反應(yīng)堆內(nèi)維持自持鏈式反應(yīng)，必須在系統(tǒng)內(nèi)的中子產(chǎn)生率和消失率之間建立嚴格的平衡。中子的產(chǎn)生來源于燃料核的裂變反應(yīng)(假定沒有外中子源)。中子的消失有兩種方式：被堆內(nèi)各種材料所吸收從堆的表面泄漏出去

中子的產(chǎn)生率決定于核燃料的性質(zhì)和數(shù)量。中子的消失率——吸收率及泄漏率——決定于系統(tǒng)的成分和大小。第四講：核反應(yīng)堆物理——反應(yīng)堆臨界理論與反應(yīng)性變化定義有效增殖因數(shù)keff描述反應(yīng)堆系統(tǒng)的狀態(tài)，其定義為：Keff>1，系統(tǒng)超臨界keff1，系統(tǒng)次臨界Keff=1，系統(tǒng)臨界假設(shè)沒有泄露

由上兩式可得：P：中子的不泄露幾率（ΛF）熱中子堆內(nèi)的中子循環(huán)對于熱中子堆，能否實現(xiàn)自持的鏈式反應(yīng)，取決于中子在以下幾種過程：

1．238U的快中子倍增：能量大于1.1Mev的中子引起238U核裂變，產(chǎn)生裂變中子。這些裂變中子數(shù)約占燃料裂變中子總數(shù)的3％左右。

2．燃料吸收熱中子引起的裂變：主要是熱中子引起235U核裂變，這是產(chǎn)生中子的主要來源.3．慢化劑以及結(jié)構(gòu)材料等物質(zhì)的輻射俘獲。

4．慢化過程中的共振吸收。

5．中子的泄漏。包括：(1)慢化過程中的泄漏，(2)熱中子擴散過程中的泄漏。

熱中子堆內(nèi)中子數(shù)目的變化取決于上述五種過程競爭的結(jié)果。其中前兩個過程使堆內(nèi)的中子數(shù)目增加，后三個過程特使中子數(shù)目減少。快中子增殖因數(shù)ε:物理意義:表示由一個初始裂變中子所得到的慢化到238U裂變閾能以下的平均中子數(shù).逃脫共振俘獲幾率p：表示慢化到熱能區(qū)的中子數(shù)與1.1Mev以下且留在堆內(nèi)被慢化的快中子數(shù)之比，即不泄漏幾率PL：中子在慢化過程中和熱中子在擴散過程中不泄漏幾率的乘積例如，堆內(nèi)某代循環(huán)開始時，假定共有1000個初始裂變中子，其中被238U核吸收15個裂變閾能以上的中子，產(chǎn)生46個裂變中子，最后得到1031個238U裂變閾能以下的中子，因而ε就等于1.031。1031個1.1Mev以下的快中子，在堆內(nèi)繼續(xù)慢化，可能有三種不同的形態(tài)：(1)一部分在慢化過程中泄漏出堆外，設(shè)泄漏50個，(2)一部分慢化到共振區(qū)(1-1000ev)時被238U共振吸收，設(shè)238U共振吸收53個，(3)大部分慢化到熱能區(qū)成為熱中子，因而得到939個熱中子。被堆內(nèi)各種材料吸收的885個熱中子,其中被燃料吸收的熱中子750個，被非燃料吸收的熱中子135個。只有被燃料吸收的熱中子才有可能引起核裂變而對鏈式反應(yīng)作出貢獻.為此引入第四個物理參量。熱中子利用系數(shù)f：表示被燃料吸收的熱中子數(shù)占堆芯中所有物質(zhì)(包括燃料在內(nèi))吸熱中子總數(shù)的份數(shù)。在此例中f＝750／885＝0．847。上述750個被燃料吸收的熱中子，引起燃料裂變，假定產(chǎn)生1300個次級中子，平均每吸收一個熱中子產(chǎn)生1300／750＝1．733個次級中子。每次吸收的中子產(chǎn)額：它表示燃料每吸收一個熱中子產(chǎn)生的次級快中子的平均數(shù)

=1300/750=1.733設(shè)在某代循環(huán)開始時，有n個裂變中子，它們被有效慢化以前，考慮到238U的快中子裂變效應(yīng)，慢化到1.1Mev以下的快中子數(shù)目將增加到nε個。這些中子繼續(xù)慢化，在慢化過程中由于共振吸收而減少，因而逃脫共振吸收而慢化到熱能區(qū)的中子數(shù)目為nεp個?？紤]到中子在慢化和擴散過程中的泄漏損失，實際上被吸收的熱中子數(shù)目只有nεpPFPT個。顯然其中核燃料所吸收的熱中子數(shù)目為nεpfPFPT

。其余部分的熱中子被非燃料的材料吸收。被燃料吸收的熱中子引起裂變而產(chǎn)生新一代的裂變中子數(shù)目等于nεpf

PFPT個,這樣經(jīng)過一代中子循環(huán)，有效增殖因數(shù)為上式稱為四因子公式。意義：熱中子反應(yīng)堆內(nèi)物理過程（或結(jié)果）的