核反應堆工程09

核能開發(fā)與應用實現自持鏈式反應的條件臨界系統(tǒng)：系統(tǒng)中每單位時間內產生的裂變數保持常數。超臨界系統(tǒng)：如果每次裂變最終可以導致一次以上的裂變，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。為了在反應堆內維持自持鏈式反應，必須在系統(tǒng)內的中子產生率和消失率之間建立嚴格的平衡。中子的產生來源于燃料核的裂變反應(假定沒有外中子源)。中子的消失有兩種方式：被堆內各種材料所吸收從堆的表面泄漏出去

中子的產生率決定于核燃料的性質和數量。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：核反應堆物理——反應堆臨界理論與反應性變化定義有效增殖因數keff描述反應堆系統(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）熱中子堆內的中子循環(huán)對于熱中子堆，能否實現自持的鏈式反應，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，產生裂變中子。這些裂變中子數約占燃料裂變中子總數的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，這是產生中子的主要來源.3．慢化劑以及結構材料等物質的輻射俘獲。

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。

熱中子堆內中子數目的變化取決于上述五種過程競爭的結果。其中前兩個過程使堆內的中子數目增加，后三個過程特使中子數目減少?？熘凶釉鲋骋驍郸?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.逃脫共振俘獲幾率p：表示慢化到熱能區(qū)的中子數與1.1Mev以下且留在堆內被慢化的快中子數之比，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作出貢獻.為此引入第四個物理參量。熱中子利用系數f：表示被燃料吸收的熱中子數占堆芯中所有物質(包括燃料在內)吸熱中子總數的份數。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，假定產生1300個次級中子，平均每吸收一個熱中子產生1300／750＝1．733個次級中子。每次吸收的中子產額：它表示燃料每吸收一個熱中子產生的次級快中子的平均數

=1300/750=1.733設在某代循環(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，慢化到1.1Mev以下的快中子數目將增加到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目只有nεpPFPT個。顯然其中核燃料所吸收的熱中子數目為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生新一代的裂變中子數目等于nεpf

PFPT個,這樣經過一代中子循環(huán)，有效增殖因數為上式稱為四因子公式。意義：熱中子反應堆內物理過程（或結果）的