核反应堆物理分析 第1章.ppt

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1、«核反应堆物理分析»«NuclearReactorPhysicsAnalysis»《核反应堆物理分析》（NuclearReactorPhysicsAnalysis）课程编号0276总学时64总学分先修课程概率论数理方法原子物理原子核物理适合专业所属院系部所属教研室核工程与核技术专业本科生核科学与工程学院核工程与核技术§第一章《核反应堆的核物理基础》§第二章《中子慢化和慢化能谱》§第三章《中子扩散理论》§第四章《均匀反应堆的临界理论》§第五章《分群扩散理论》§第六章《栅格的非均匀效应与均匀化群常数的计算》§第七章《反应性随时间的变化》§第八章《温度效应和反应性控制》§第九章《核反应堆动力学》

2、§第一章《核反应堆的核物理基础》核反应堆是能以可控方式实现自续链式核反应的装置。有裂变反应堆和聚变反应堆。裂变反应堆是通过重核裂变而释放能量，它是由核燃料、冷却剂、慢化材料、结构材料等组成的核反应系统。按用途核反应堆可分为：生产堆、实验堆、动力堆。按冷却剂、慢化材料核反应堆可分为：轻水堆、重水堆、气冷堆和液态金属冷却快中子增殖堆。按引起裂变反应的中子能量不同：热中子反应堆和快中子反应堆。1.1中子与原子核的相互作用1.1.1中子中子是组成原子核的核子之一,中子不带电,它与原子核不存在库仑相互作用,它亦不能产生初级电离。自由中子的不稳定，可通过β衰变转变成质子,半衰期为10.3分钟。在热中子

3、反应堆中瞬发中子的寿命约为10-3～10-4秒,比自由中子的半衰期短很多,因此在反应堆分析中可以不考虑自由中子的寿命。中子也具有波粒二重性.其波长为对于能量为0.01电子伏的中子其波长为4.55×10-11meter.与氢原子的半径同量级.比中子的平均自由程小许多量级.在反应堆中讨论中子时和与原子核相互作用时,中子被看成是粒子.玻尔半径5.29×10-10meter经典电子半径2.8×10-15meter原子核半径5×10-15A1/3meter中子按能量分为三类:快中子(E﹥0.1MeV),中能中子(1eV﹤E﹤0.1MeV),热中子(E﹤1eV).1.1中子与原子核的相互作用的机制中子

4、与原子核的相互作用过程与入射中子的能量有关.反应堆中中子与原子核的相互作用方式主要有:势散射、直接相互作用和形成复合核.势散射:它是中子与核势能相互作用结果，中子并未进入靶核，任何能量的中子均能引起这种反应，靶核内能没有发生改变，入射中子能量的一部分或全部转给靶核，这一过程是一个弹性散射过程。直接相互作用：入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞，使其从核中发射出来，而中子留在靶核内的核反应。出射的是质子---就是直接作用的（n，p）反应出射的是中子，同时靶核由激发态返回基态放出γ射线，这就是直接非弹性散射过程。只有能量非常高的中子才能与原子核发生直接作用，而反应堆中，能量那样高的中子非常少，所

5、以在反应堆物理分析中，这种直接作用的方式是不重要的。形成复合核：是中子与原子核相互作用的最重要方式。复合核的形成过程可以表示如下：（1）n+靶核[AZX]→复合核[A+1ZX]*（2）复合核[A+1ZX]*→反冲核+散射粒子复合核的激发态衰变有多种方式：（n，p），（n，α）（n，n），共振弹性散射（n，n’），共振非弹性散射（n，γ），辐射俘获（n，f），核裂变共振现象：当入射中子的能量具有某些特定值，恰好使形成的复合核激发态接近与某个量子能级时，中子被靶核吸收而形成复合核的概率就显著增加。根据中子和靶核的作用方式，有共振吸收和共振散射。中子和原子核的作用方式：散射：包括弹性散射和非弹性

6、散射吸收：包括辐射俘获、核裂变、（n，p），（n，α）。1.1.3中子的散射散射是使中子慢化的主要核反应过程。有弹性散射和非弹性散射。非弹性散射：中子被靶核吸收形成处于激发态的复合核，然后靶核通过放出中子并发射γ射线而返回基态。只有当入射中子的动能高于靶核第一激发态的能量时才能使靶核激发。非弹性散射具有阈值的特点。看表1。弹性散射：弹性散射在中子的所有能量范围内都能发生。它可分为共振弹性散射和势散射。前者经过复合核的形成过程，后者不经过复合核的形成过程。弹性散射的一般反应式为：AZX+01n→[A+1ZX]*→AZX+01n（共振弹性散射）AZX+01n→AZX+01n（势散射）弹性散射过

7、程中，散射前后靶核的内能没有变化，保持为基态。散射前后中子-靶核系统的动能和动量守恒。反应堆中，从高能到低能的慢化过程起主要作用的是弹性散射过程。1.1.4中子的吸收中子的吸收是反应堆中中子消失的重要机制，它对反应堆内中子的平衡起着重要作用。中子的吸收反应有（n，γ）、（n，f）、（n，p），（n，α）辐射俘获（n，γ）辐射俘获是最常见的吸收反应.反应式为AZX+01n→[A+1ZX]*→A+1ZX+γ生成的核A+1ZX