反應(yīng)堆物理的學(xué)習(xí)課件

反應(yīng)堆物理的學(xué)習(xí)課件第1頁/共33頁原子核物理核力、核衰變、衰變規(guī)律、比結(jié)合能曲線中子與原子核的相互作用散射、吸收截面、平均自由程、截面隨中子能量的變化共振吸收—多普勒效應(yīng)核裂變過程裂變能量的釋放、裂變產(chǎn)物、裂變中子鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)臨界條件、中子循環(huán)六因子公示每個(gè)因子的含義第2頁/共33頁第二章中子的慢化和慢化能譜第3頁/共33頁中子的彈性散射過程（經(jīng)典力學(xué)）碰撞后中子能量的損失、（平均）對數(shù)能降增量慢化劑的選擇無限均勻介質(zhì)內(nèi)中子的慢化能譜（碰撞次數(shù)相等）反應(yīng)堆內(nèi)的能譜裂變譜、費(fèi)米譜、麥克斯韋譜第4頁/共33頁裂變產(chǎn)生的中子具有很高的能量，平均約為2MeV，對于熱中子反應(yīng)堆，需要將中子慢化到熱能區(qū)域，中子由于散射碰撞而降低速度的過程稱為慢化過程。重要概念第5頁/共33頁與靜止的靶核的彈性散射由動(dòng)能和動(dòng)量守恒規(guī)律可知：EiandEf分別為碰撞前后中子的能量。A是靶核的質(zhì)量數(shù)。第6頁/共33頁平均對數(shù)能降增量對數(shù)能降:中子從MeV數(shù)量級(jí)降低到Ev的數(shù)量級(jí)，為方便表示，我們使用對數(shù)能降的概念。一次碰撞后對數(shù)能降增量為：第7頁/共33頁慢化劑的選擇慢化能力

慢化比第8頁/共33頁反應(yīng)堆能譜產(chǎn)生的裂變中子連續(xù)慢化，進(jìn)入到縫合能以下的熱化區(qū)。堆內(nèi)中子密度按能量具有一個(gè)穩(wěn)定的分布，稱之為堆芯中子能譜分布。高能區(qū)(E>0.1MeV)

中子從裂變產(chǎn)生尚未充分慢化，其能譜與裂變中子譜非常近似。慢化區(qū)(1eV<E<0.1MeV)

在弱吸收介質(zhì)中，這一能區(qū)內(nèi)中子通量密度近似于費(fèi)米譜(1/E譜)熱能區(qū)(E<1eV)

該區(qū)內(nèi)的中子稱為熱中子，指的是中子與所在介質(zhì)的原子處于熱平衡狀態(tài)。類似于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)速度，熱中子能譜服從麥克斯韋-玻耳茲曼分布。第9頁/共33頁能譜的“硬化”何謂能譜的硬化？能譜硬化的原因：a.中子由高能向低能慢化，因此在能量較高的區(qū)域內(nèi)中子數(shù)目相對要多。b.由于介質(zhì)的吸收，一部分中子未達(dá)到熱平衡就已經(jīng)被吸收了，使得能量較低的中子份額減小。第10頁/共33頁第三章單速中子擴(kuò)散第11頁/共33頁單速中子擴(kuò)散單速中子擴(kuò)散方程菲克定律第12頁/共33頁菲克定律斐克定律前提：a.介質(zhì)是無限的、均勻的；b.散射是各向同性的；c.介質(zhì)的吸收截面很小，即Σa<<Σs

；d.中子通量密度是隨空間位置緩慢變化的函數(shù)。斐克定律第13頁/共33頁單能中子擴(kuò)散方程如果斐克定律成立，則可以得到單能中子擴(kuò)散方程：若中子通量密度不隨時(shí)間變化，方程可以化為：稱為穩(wěn)態(tài)單能中子擴(kuò)散方程第14頁/共33頁單速中子擴(kuò)散擴(kuò)散長度定義物理意義第15頁/共33頁第四章均勻反應(yīng)堆的臨界理論第16頁/共33頁均勻裸堆的單群理論均勻裸堆的單群擴(kuò)散方程及其解裂變源強(qiáng)可以表示為：在沒有外源的情況下，單群擴(kuò)散方程為：第17頁/共33頁裸堆單群近似的“臨界條件”為： 其中B2為最小特征值，記為，稱為幾何曲率當(dāng)反應(yīng)堆處于臨界時(shí)通量密度服從波動(dòng)方程第18頁/共33頁堆內(nèi)中子不是從堆內(nèi)泄漏出去，就是被堆內(nèi)物質(zhì)吸收，則不泄漏概率可以表示為：第19頁/共33頁定義ρ

為反應(yīng)性，有：對于臨界反應(yīng)堆ρ=0；若ρ>0，則反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)；若ρ<0，則反應(yīng)堆處于次臨界狀態(tài)。|ρ|的大小表示反應(yīng)堆偏離臨界狀態(tài)的程度。反應(yīng)性ρ的單位有：

PCM。1PCM=10-5ρ(Δk/k)。元。1元反應(yīng)性為1βeff，記為1$，βeff為有效緩發(fā)中子產(chǎn)額。分。1元等于100分，記為1￠

。第20頁/共33頁均勻反應(yīng)堆的臨界理論均勻裸堆的臨界理論幾種裸堆的幾何曲率與通量密度分布帶反射層的反應(yīng)堆反射層的作用、反射層節(jié)省反應(yīng)堆功率分布功率分布與眾多因素有關(guān)通量密度分布不均勻系數(shù)與通量展平雙群擴(kuò)散理論第21頁/共33頁第五章燃耗與中毒第22頁/共33頁燃耗與中毒裂變產(chǎn)物中毒氙-135中毒啟動(dòng)后積累（平衡氙）、停堆后的變化（碘坑）功率變化時(shí)濃度的變化、氙震蕩。第23頁/共33頁平衡氙中毒與熱中子通量密度水平有關(guān)。當(dāng)堆內(nèi)中子通量密度很小時(shí)，平衡氙中毒也很小。在高的熱中子通量密度下運(yùn)行時(shí)，可以近似認(rèn)為平衡氙中毒與通量密度無關(guān)，只與宏觀裂變截面和宏觀吸收截面的比值有關(guān)。碘坑第24頁/共33頁釤-149中毒啟動(dòng)后積累（平衡釤）、停堆后的變化第25頁/共33頁反應(yīng)堆堆芯壽期與燃耗深度一個(gè)堆芯從開始運(yùn)行到有效增殖系數(shù)降到1時(shí)，反應(yīng)堆滿功率運(yùn)行的時(shí)間稱為堆芯壽期。表示核燃料貧化程度的物理量—燃耗深度。第26頁/共33頁第六章堆內(nèi)燃料管理第27頁/共33頁堆內(nèi)核燃料管理核燃料的轉(zhuǎn)換與增殖堆內(nèi)燃料管理多循環(huán)燃料管理單循環(huán)燃料管理換料方案選擇、換料周期、換料批數(shù)第28頁/共33頁第七章溫度效應(yīng)和反應(yīng)性控制第29頁/共33頁溫度效應(yīng)和反應(yīng)性控制反應(yīng)性溫度系數(shù)（影響因素）燃料溫度系數(shù)（多普勒功率系數(shù)）慢化劑溫度系數(shù)功率系數(shù)反應(yīng)性控制任務(wù)與方式三種控制手段、各自的控制對象控制棒控制（微積分價(jià)值、棒間干涉效應(yīng)）化學(xué)補(bǔ)償控制（硼微分