核物理分析答案終極版

1、第一章1、微觀(guān)截面：上一bl曲x, b為比例常數(shù)，稱(chēng)為微觀(guān)截面，它與靶核的性質(zhì)和中子的能 量有關(guān)。b是表示平均一個(gè)給定能量的入射中子與一個(gè)靶核發(fā)生作用概率大小的一種度量。宏觀(guān)截面：& Nd,把 用為宏觀(guān)截面，宏觀(guān)截面是一個(gè)中子與單位體積內(nèi)所有原子核發(fā)生 核反應(yīng)的平均概率大小的一種度量。2、平均自由程：中子與原子核發(fā)生某種反應(yīng)之前所穿行的平均距離。3、中子密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的中子數(shù)，用 n表示。4、核反應(yīng)率：每秒每單位體積內(nèi)的中子與介質(zhì)原子核發(fā)生作用的總次數(shù)，用 R表示，便等 于R= nvE中子/m3?s , R叫做核反應(yīng)率。5、中子通量密度：等于該點(diǎn)的中子密度與相應(yīng)中子速度的乘積，表示單

2、位體積內(nèi)所有中子 在單位時(shí)間內(nèi)穿行距離的總和。中子通量密度是該點(diǎn)沿空間各個(gè)反向的微分中子束強(qiáng)度之 和。中子注量率=中子通量密度。它的大小反映堆芯內(nèi)核反應(yīng)率的大小，因此也反映出堆的功率水平。6、俘獲-裂變比：“=b r/夕輻射俘獲截面與裂變截面只比?！芭c裂變同位素種類(lèi)和中子能量有關(guān)。7、有效裂變中子數(shù)：燃料核每吸收一個(gè)中子后平均放出的中子數(shù)，用刀表示。v af VP）一 Of + % 1 + a8、順發(fā)中子：裂變反應(yīng)時(shí)，99%以上的中子是在裂變瞬間（約 1014次方s）發(fā)射出來(lái)的, 把這些中子叫順發(fā)中子。9、緩發(fā)中子：有小于1%的中子（對(duì)235U裂變，約有0.65%）是在裂變碎片衰變過(guò)程中發(fā) 射

3、出來(lái)的，把這些中子叫做緩發(fā)中子。像87Br這種裂變碎片，在衰變過(guò)程中能夠產(chǎn)生緩發(fā)中子，通常叫做緩發(fā)中子先驅(qū)核。10、四因子公式：kcx £ pfo Y第二章1慢化能力：.只有當(dāng)中子與核發(fā)生散射碰撞時(shí)， 才有可能使中子的能量降低。 因此要求慢化 劑應(yīng)同時(shí)具有較大的宏觀(guān)散射截面匯 s和平均對(duì)數(shù)能降E。通常把乘積E匯s叫做慢化劑的 慢化能力。2 .慢化比：我們定義Es/Ea叫做慢化比。從反應(yīng)堆物理觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，它是表示慢化劑優(yōu)劣 的一個(gè)重要參數(shù)，好的慢化劑不近應(yīng)具有較大的E匯s值，還應(yīng)該具有較大的慢化比。3 .慢化劑的選擇：除了要求有大的慢化能力外，從減少中子損失的角度顯然還要求慢化劑應(yīng) 具有

4、小的吸收截面。重水具有良好的慢化性能， 但其價(jià)格昂貴。石墨的慢化性能也是較好的， 但他的慢化能力小，因而石墨堆一般具有較龐大的堆芯體積。水的慢化能力E匯s值最大，因而以水做慢化劑的反應(yīng)堆具有較小的堆芯體積，但水的吸收截面較大， 因而水堆必須用富 集鈾作燃料。當(dāng)然，慢化劑還應(yīng)從工程角度加以考慮，如輻照穩(wěn)定性，價(jià)格等因素。目前動(dòng) 力堆中最常用的慢化劑是水，它是廉價(jià)而又易得的慢化劑。4 .慢化密度：他是描述慢化過(guò)程的一個(gè)重要的量，我們用符號(hào)q (r, E)來(lái)表示。它的定義是：在r處每秒每單位體積內(nèi)慢化到能量E以下的中子數(shù)。5 .費(fèi)米譜分布：無(wú)吸收介質(zhì)內(nèi)在慢化區(qū)內(nèi)慢化能譜近似服從1/E分布或稱(chēng)之為費(fèi)米

5、譜分布。6 .能量自屏效應(yīng)：在共振峰內(nèi)中子通量密度能譜分布發(fā)生了畸變和凹陷。原因可以這樣解釋,在共振峰外，中子通量密度能譜是按1/E漸近能譜分布，但是進(jìn)入共振峰內(nèi)后，其能譜分布由于分母中含有匯rA項(xiàng)，當(dāng)中子截面呈共振峰形狀時(shí)，在共振能量附近有很大的增大和劇 變，這就導(dǎo)致中子通量密度急劇下降畸變，在日附近中子通量密度 (E)出現(xiàn)很大的凹陷,這種現(xiàn)象稱(chēng)之為共振的能量自屏效應(yīng)，他使共振吸收減小。第三章1、穩(wěn)態(tài)單能中子擴(kuò)散方程：城町阿貨化，燦萬(wàn)程(3 - 34)就用以。叩O)+ S(r) = 0產(chǎn)省r 士工口第四章1.反射層的作用：首先是可以減少芯部中子的泄露， 從而使得芯部的臨界尺寸要比無(wú)反射層 時(shí)

6、的小，這樣便可以節(jié)省一部分燃料。另外，反射層還可以提高反應(yīng)堆的平均輸出功率，這是由于包有反射層的反應(yīng)堆， 其芯部的中子通量密度分布比裸堆的中子通量密度分布更加平 坦的緣故。第六章1.非均勻堆的均勻化計(jì)算三個(gè)步驟：第一步是從堆芯的最基本單元一一柵元的均勻化開(kāi)始，對(duì)組件中各類(lèi)柵元進(jìn)行均勻化計(jì)算，這時(shí)計(jì)算的通常是一個(gè)由燃料，包殼和慢化劑組成的一維圓柱柵元問(wèn)題。第二步是利用柵元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行燃料組件的均勻化計(jì)算。第三步是利用求得的燃料組件的少群均勻化常數(shù)，進(jìn)行全堆芯的24群的擴(kuò)散計(jì)算，求出堆芯有效增殖因數(shù)和中子通量密度及功率分布。電蹈計(jì)注流程的示意圖表示于圖6-5中.圖6-5非均勻堆（輕水堆）計(jì)算流程示

7、意圖第七章1、碘坑：停堆后135Xe濃度先增加到最大值，然后逐漸的減小；剩余反應(yīng)性隨時(shí)間變化則與135Xe濃度恰好相反，先是減小到最小值，然后逐漸地增大，通常把這一現(xiàn)象稱(chēng)為 碘坑”。因?yàn)檫@一現(xiàn)象主要是由于停堆后135I繼續(xù)衰變成135Xe,使135Xe濃度增大所引起的。圖7 - 1】停堆前后，用Xe濃度和剩余反應(yīng)性隨時(shí)間變化的示意圖 2、碘坑深度：停堆后反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性下降到最小值程度稱(chēng)為碘坑深度。碘坑深度與反應(yīng)堆停堆前運(yùn)行的熱中子通量密度 (或運(yùn)行功率)值密切有關(guān)，熱中子通量密度越大，碘坑深度越深。3、堆芯壽期：一個(gè)新裝料堆芯從開(kāi)始運(yùn)行到有效增值因數(shù)降到1時(shí)，反應(yīng)堆滿(mǎn)功率運(yùn)行的時(shí)間就稱(chēng)為堆芯

8、壽期4、燃耗深度：對(duì)核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)停留時(shí)間和使用壽命，通常還用燃耗深度來(lái)表示。燃耗 深度是裝入堆芯的單位重量核燃料所產(chǎn)生總能量的一種度量，也是燃料貧化成都的一種度 量。常用表示方法：(1)通常把裝入堆芯的單位質(zhì)量燃料所發(fā)出的能量作為燃耗深度的單位，即J/kg。但在核工程中，習(xí)慣上常以裝入堆內(nèi)每噸鈾所發(fā)出的熱能作為燃耗深度單位，即MW?d/t , 1MW?d/t=86.4MJ/kg。這樣燃耗深度常以 BU表示為：BU =尸市/% MW d/t(7 - 55)Jo式中,Wu為核燃料的質(zhì)量(t),分子表示它所發(fā)出的能量(MW d)o若以鈾為然 料,則它的單位為MW- d/t0在計(jì)算核燃料質(zhì)量時(shí)應(yīng)該

9、注意:它是指燃料中含有 重元素(鈾、缽和鈦)的質(zhì)量，例如以二氧化鈾為燃料時(shí)，在計(jì)算Wu時(shí)，必須把饌料 中氧所占的份顫扣除.(WB)和裝載的易裂變同位(2)燃耗深度的第二種表示形式為燃耗掉的易裂變同位素質(zhì)量 素質(zhì)量(WF)的比值：的易裂變同位素質(zhì)量(WQ的比值:察 X 100%顯然受表示在裝載的易裂變同位素中燃耗掉的百分?jǐn)?shù)。(3)燃耗掉的易裂變同位素的質(zhì)量WB (kg)與裝載的燃料質(zhì)量 Wu (t)的比值，以au表示： 鈉 口)解;中于即里 FF U £ L/ 口 目，"«O* v /+ % = k kg/t“u叼表示在每噸燃料(U)中,裂變同位素的消耗量(kg)。

10、在動(dòng)力反應(yīng)堆中，通常都是采用第一種方式表示，但是在生產(chǎn)堆或?qū)嶒?yàn)堆中， 有時(shí)采用第二種或第三種方式來(lái)表示比較方便。第八章1 .燃料溫度系數(shù)：由單位燃料溫度變化所引起的反應(yīng)性變化稱(chēng)為燃料溫度系數(shù)。燃料溫度系數(shù)主要是燃料核共振吸收的多普勒效應(yīng)所引起的。因而，溫度升高多普勒效應(yīng)的結(jié)果使有效共振吸收增加，逃脫共振俘獲概率減小， 有效增殖因數(shù)下降， 這就產(chǎn)生了負(fù)溫度效應(yīng)。燃料溫度系數(shù)公式 h HT fp HTf式中，為燃料溫度小為逃贏前獲概豆 由(2,2 .空泡系數(shù)：在液體冷卻劑的反應(yīng)堆中，冷卻劑的沸騰將產(chǎn)生蒸汽泡，它的密度遠(yuǎn)小于液體 的密度。在冷卻劑中所包含的蒸汽泡的體積百分?jǐn)?shù)稱(chēng)為空泡份額?？张菹禂?shù)是指

11、在反應(yīng)堆中,冷卻劑的空泡份額變化百分之一所引起的反應(yīng)性變化。空泡系數(shù)公式aydpdx3 .當(dāng)出現(xiàn)空泡或空泡份額增大情況時(shí)，有三種效應(yīng) ：(1)冷卻劑的有害中子吸收減小，這是 正效應(yīng)(2)中子泄露增加，這是負(fù)效應(yīng)(3)慢化能力變小，能譜變硬，這是正效應(yīng)，也可 以是負(fù)效應(yīng)。4 .功率系數(shù)：?jiǎn)挝还β首兓鸬姆磻?yīng)性變化稱(chēng)為功率反應(yīng)性系數(shù)。 公式戈有aJ）$=?（群儒）+型祭*第+碑務(wù)+溜界5 .溫度系數(shù)的計(jì)算：在計(jì)算時(shí)，首先計(jì)算在不同的燃料或慢化劑溫度條件下堆芯的群常數(shù)，然后利用堆芯擴(kuò)散計(jì)算程序， 對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行臨界計(jì)算， 直接計(jì)算出不同的燃料或慢化劑溫度 下的有效增殖因數(shù) keff ( T),求出

12、A k和A T的比值，從而求得溫度系數(shù)。6 .反應(yīng)性控制的任務(wù)及方式(1)剩余反應(yīng)性：堆芯中沒(méi)有任何控制毒物時(shí)的反應(yīng)稱(chēng)為剩余反應(yīng)性，以 p ex來(lái)表示。控 制毒物是指反應(yīng)堆中用于反應(yīng)控制各種中子吸收體，例如控制棒、可燃毒物和化學(xué)補(bǔ)償毒物等。反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的大小與反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間和狀態(tài)有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)新的堆芯，在冷態(tài)無(wú)中毒情況下，它的初始剩余反應(yīng)性最大。(2)控制毒物價(jià)值：某一控制毒物投入堆芯所引起的反應(yīng)性變化量稱(chēng)為該控制毒物的反應(yīng) 性或價(jià)值，以 pi表示。(3)停堆深度：當(dāng)全部控制毒物都投入堆芯時(shí)，反應(yīng)堆所達(dá)到的負(fù)反應(yīng)性稱(chēng)為停堆深度，以p s來(lái)表示。很顯然，停堆深度也與反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間和狀態(tài)

13、有關(guān)。為了保證反應(yīng)堆的安全，要求熱態(tài)，平衡氤中毒的工況下，應(yīng)有足夠大的停堆深度。否則，當(dāng)堆芯逐漸冷卻和Xe逐漸地衰變后，反應(yīng)堆的反應(yīng)性將逐漸地增加，而停堆深度就逐漸地減小，這樣堆芯有可能又重新恢復(fù)到臨界或超臨界的危險(xiǎn)情況。所以在反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中就必須要對(duì)停堆深度作 出規(guī)定。(4)總的被控反應(yīng)性：總的被控反應(yīng)性等于剩余反應(yīng)性與停堆深度之和，以p表示，即 p = p ex+ p s7 .反射性控制中所用的幾個(gè)物理量作用：熱中子反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性和總的被控反應(yīng)性都遠(yuǎn)大于快中子反應(yīng)堆中對(duì)應(yīng)的反應(yīng)性，這是因?yàn)榭熘凶臃磻?yīng)堆的增值比大，增值的燃料將補(bǔ)償燃料的消耗；同時(shí)，溫度系數(shù)和裂變產(chǎn)物對(duì)快中子反應(yīng)堆的

14、影響也比他們對(duì)熱中子反應(yīng)堆的 影響小。從上表還可知，輕水反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性和總的被控價(jià)值相對(duì)比較大。這是因?yàn)檩p水反應(yīng)堆的慢化劑負(fù)溫度系數(shù)比較大且它的轉(zhuǎn)換比比較小。8 .控制棒間的干涉效應(yīng)：一般情況下，反應(yīng)堆有較多的控制棒， 這些控制棒同時(shí)插入堆芯時(shí)， 總得價(jià)值并不等于各根控制棒單獨(dú)插入堆芯時(shí)的價(jià)值總和。這是因?yàn)榭刂瓢舻膬r(jià)值和它插入處的中子通量密度大小密切相關(guān)。而當(dāng)一根控制棒插入堆芯后將引起堆芯中中子通量密度分布的畸變，勢(shì)必會(huì)影響其它控制棒的價(jià)值。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為控制棒間的干涉效應(yīng)?？紤]到控制棒的相互干涉效應(yīng)，通常在設(shè)計(jì)堆芯時(shí)，應(yīng)使控制棒的間距大于熱中子擴(kuò)散長(zhǎng)度。第九章點(diǎn)堆模型動(dòng)態(tài)方程孚=岫（二/

15、）二力（£）+£XCQ）= & 少（匕）一AiCi（£） i 1,2U一，6T =+ 5c at A仁£ J.=昆蟹ZC i = 1,2,-,6dr A大題第一章1 .一核電站壓水堆的熱功率為2800MW ,電站年負(fù)荷因子為 0.85,試估算該電站一年（365天）所消耗的235U質(zhì)量。解根據(jù)年負(fù)荷因子的定義該電站1年釋放的能量為E = P 義 /X £ = 2 800 X 10$ X 0. 85 X 365 X 86 400=7. 506 X 101& J需要塊u的裂變核數(shù)為小過(guò)山一N = 3. 125 X IO15 X E =

16、 2. 346 X 10"（1 + 3）NX 型1 080. 3共消耗的期U質(zhì)量為No X 10s2 .有一座小型核電站，電功率為 150MW,設(shè)電站的效率為 30%,試估算該電站反應(yīng)堆額定 功率運(yùn)行1h所消耗的235U量。 17T 1 4 門(mén) 7 1每秒鐘發(fā)出的熱量：E = - = 5t00x10sJ打 0.30每秒鐘裂變的U235： N = 3.125x1(嚴(yán)乂月=1.56x101個(gè)運(yùn)行 lh 的裂變的 U235* NxT = 136x10x360。= 5.616x10,個(gè))消耗的限35質(zhì)量;(1 + a)N'(+ 0.18)x5.616 xl022 x 235=25,9

17、g = 0.0259kgx A =-6.022x10”na第四章1 .設(shè)有如圖所示的一維石墨慢化反應(yīng)堆，k°°=1.06 , L2=300cn2,入tr=2.8cm 。試求:(1)達(dá)到臨界時(shí)反應(yīng)堆的厚度H和中子通量密度的分布；(2)設(shè)取H=250cm試求反應(yīng)堆的有效增殖因數(shù)keff 。圖4Al無(wú)限平板形反應(yīng)堆解(1)根據(jù)17)式的臨界條件，求得臨界附反應(yīng)堆的幾何曲率b：應(yīng)等于k 11 1及=T1 = 2.0X QcmT因而B(niǎo)g=0. 014 14 cm1，另一方面根據(jù)(4 - 10)式有Bs=jt/%因而有= 0314 = 222*2cm由于外推距離d=0. 710 4羽=0. 710 4X2. 8=2 cm,因而求得臨界時(shí)反應(yīng)堆的厚度H = a - 2d = 222. 2 4 218. 2 cm 臨界時(shí)中子通量密度分布為弧工）=Acos（2）若H=25O cm,則反應(yīng)堆的幾何曲率H + 2d反應(yīng)堆的有效增殖因數(shù)等于L06eff- l+L&Bl=1 + 300 X 1, 53 X 1O+=1.013 52 .設(shè)有一輕水裸圓柱形堆芯，其參數(shù)為：L2=4.7cm2, r =48cn2,入tr=9.7cm ,加硼后k=1.072。（1）設(shè)芯部高度 H=3.55m,試求堆芯的臨界半徑；（2）如果給定堆芯半徑