2022年核反應堆工程復習參考題

1、核反響堆工程復習參考題1、壓水堆與沸水堆的主要區(qū)分是什么？沸水堆承受一個回路，壓水堆有兩個回路；沸水堆由于堆芯頂部要安裝汽水分別器等設備，故把握棒需從堆芯底部向上插入，把握棒為十字形把握棒， 壓水堆為棒束型把握棒，從堆芯頂部進入堆芯；沸水堆具有較低的運行壓力約為 70 個大氣壓，冷卻水在堆內(nèi)以汽液形式存在，壓水堆一回路壓力通常達 150 個大氣壓，冷卻水不產(chǎn)生沸騰。2、簡要表達一種常用堆型的根本工作原理？沸水堆Boiling Water Reactor字面上來看就是承受沸騰的水來冷卻核燃料的一種反響堆，其工作原理為：冷卻水從反響堆底部流進堆芯，對燃料棒進展冷卻，帶走裂變產(chǎn)生的熱能，冷卻水溫度上

2、升并漸漸氣化，最終形成蒸汽和水的混合物，經(jīng)過汽水分別器和蒸汽枯燥器，利用分別出的蒸汽推動汽輪進展發(fā)電。壓水堆Pressurized Water Reactor字面上看就是承受高壓水來冷卻核燃料的一種反響堆，其工作原理為：主泵將 120160 個大氣壓的一回路冷卻水送入堆芯，把核燃料放出的熱能帶出堆芯，而后進入蒸汽發(fā)生器，通過傳熱管把熱量傳給二回路水，使其沸騰并產(chǎn)生蒸汽；一回路冷卻水溫度下降，進入堆芯，完成一回路水循環(huán)；二回路產(chǎn)生的高壓蒸汽推動汽輪機發(fā)電， 再經(jīng)過冷凝器和預熱器進入蒸汽發(fā)生器，完成二回路水循環(huán)。3、重水堆的燃料富集度為什么可以比壓水堆的低，哪種堆型對燃料的燃盡性更好？由于卸料燃耗

3、較淺，用重水D2O,D 為氘作慢化劑，其熱中子吸取截面約為輕水H2O)的 1/700，慢化中子力量不如后者，需要更多的碰撞次數(shù)，可直接利用自然鈾作核燃料。4、快中子堆和熱中子堆相比有哪些優(yōu)缺點？優(yōu)：快中子堆沒有慢化劑，所以體積小，功率密度高。缺：快中子堆必需有較高的核燃料富集度，初裝量也大?？熘凶佣讶剂显庸ぜ胺θ剂虾筇幚硪蟾?，快中子輻照通量率大，對材料要求苛刻。平均壽命比熱中子堆短，把握困難。5、壓水堆堆芯中水主要起什么作用？ 作冷卻劑和慢化劑。6、氣冷堆與壓水堆相比有何優(yōu)缺點？優(yōu)：能在不高的壓力下得到較高的出口溫度，可提高電站二回路蒸汽溫度， 從而提高熱效率。缺：鎂合金包殼不能承受高溫

4、，限制了二氧化碳氣體出口溫度，限制了反響堆熱工性能的進一步提高。7、什么是原子核的結(jié)合能及比結(jié)合能，如何計算？結(jié)合能：是將假設干個核子結(jié)合成原子核放出的能量或?qū)⒃雍说暮俗尤植可㈤_來所需的能量，E=mC2定義：是原子核的結(jié)合能與該原子核的核子數(shù)之比E/A 8、什么是核反響截面，分哪幾類，其物理意義是什么？假設某種物質(zhì)受到中子的作用，則發(fā)生特定核反響的概率取決于中子的數(shù)目和速度，以及該物質(zhì)中核的數(shù)目和性質(zhì)?！敖孛妗笔侵凶优c核相互作用概率的一種量度微觀截面 假設在 1cm3 的物質(zhì)中，有 N 個原子核，在該物質(zhì)的一個面上射入一個中子，則每一個原子核與一個入射的中子發(fā)生核反響的概率定義為微觀截面，

5、單位為 m2，有時也用靶恩10-28m2為單位又分為裂變、散射和吸取三種截面宏觀截面 假設每立方米的物質(zhì)中含有 N 個核，則乘積N 等于每立方米靶核的總截面，稱宏觀截面，用 表示，單位是 m-1，物理意義：中子行走單位長度路程中與原子核發(fā)生核反響的概率。9、什么是中子通量，其物理意義如何？單位時間內(nèi)通過單位面積的中子數(shù)。等于中子密度與其平均速度的乘積，單位常用“中子/平方厘米秒”表示。按中子能量不同，又可分為熱中子通量和快中子通量兩種。是衡量反響堆的一個重要指標10、 核裂變釋放的能量組成形式主要有哪些？鈾-235 核每次裂變所釋放的平均值約為 207MeV，絕大局部能量是以裂變碎片的動能形式

6、釋放出來，除了中微子能量，其它能量都可以“回收”11、 什么是瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子，緩發(fā)中子在反響堆中有何影響？瞬發(fā)中子：99%以上的中子是在裂變瞬間放射出來的，這些中子叫瞬發(fā)中子緩發(fā)中子：裂變中子中不到 1%的中子是在裂變碎片衰變過程中放射出來的中子。平均能量比瞬發(fā)中子能量低，對反響堆的把握起重要作用12、 什么是四因子公式，其對核反響堆的設計具有什么參考作用？快中子增殖因數(shù) 無限增殖因數(shù)：對于無限大的反響堆，中子不泄露概率為 1，此時的有效增殖因數(shù)，稱為無限介質(zhì)增殖因數(shù)逃脫共振俘獲概率 p：在慢化過程中逃脫共振俘獲的中子份額就稱作逃脫共振俘獲概率。熱中子利用系數(shù) f：被燃料吸取的熱中子數(shù)占被

7、芯部中全部物質(zhì)(包括燃料在內(nèi))吸取的熱中子總數(shù)的份額。熱中子裂變因數(shù) h：燃料核熱裂變產(chǎn)生的裂變中子數(shù)與燃料核吸取的熱中子總數(shù)之比。反響堆的臨界尺寸取決于反響堆的材料組成k及幾何外形13、中子慢化過程中主要是與慢化劑產(chǎn)生了何種相互作用才慢下來的，該作用的好壞與哪兩個主要因素有關？彈性散射是能量較低的中子在質(zhì)量數(shù)較小的介質(zhì)內(nèi)的主要慢化過程。非彈性散射是能量為幾千電子伏以上的中子與質(zhì)量數(shù)較大的鈾、鐵等介質(zhì)核相互作用而慢化的主要機理。彈性散射是熱中子反響堆內(nèi)的主要慢化機制。中子在一次碰撞中損失的最大能量與靶核的質(zhì)量有關14、什么是對數(shù)能降？ 對數(shù)能降定義式：E0選定的參考能量，E0=2MeV；E 一

8、次碰撞后的中子能量15、 反響性負溫度系數(shù)是什么，其在核反響堆安全運行中的作用？溫度增加 1K 時 keff 的相對增加量，負溫度系數(shù)對反響堆安全運行具有重要意義，要求負溫度系數(shù)實際是要求反響堆系統(tǒng)具有肯定的自衡力量，主要是由燃料核共振吸取的多普勒效應所引起的，溫度上升，共振吸取增加， 因此產(chǎn)生了負溫度效應16、 核反響堆反響性把握方法有哪些？依據(jù)不同堆型，為保證反響堆安全運行，用來對反響性進展有效把握和調(diào)整的各種部件、機構(gòu)、過程和方法。主要有把握棒把握、化學把握劑載硼運行、可燃毒物把握三種。17、燃料組件的骨架構(gòu)造組成有哪些，燃料元件棒的主要構(gòu)造有哪些？17x17 型燃料組件骨架構(gòu)造：由定位

9、格架、把握棒導向管、中子注量率測量管和上、下管座一起構(gòu)成一個剛性的組件骨架。燃料元件棒：由燃料芯塊、燃料包殼管、壓緊彈簧、上下端塞等組成。18、在核反響堆的設計中，主要涉及哪幾種材料的選擇？ 核燃料材料供給核裂變 構(gòu)造材料實現(xiàn)功能性 慢化劑材料慢化快中子 冷卻劑材料帶走產(chǎn)生熱能 把握材料把握核反響堆19、核反響堆燃料類型有哪幾種？與金屬鈾相比，陶瓷燃料的優(yōu)缺點有哪些？燃料分類金屬型金屬鈾和鈾合金適宜用于生產(chǎn)堆(堆芯溫度較低，中子注量率不太高)優(yōu)點：銀灰色金屬，密度高(18.6),熱導率高,工藝性能好,熔點 1133 , 沸點 3600 缺點：化學活性強，與大多數(shù)非金屬反響金屬鈾的工作條件限制：

10、由于相變限制，只能低于 665輻照長大，定向長大限制低溫工作環(huán)境輻照腫脹現(xiàn)象，較高溫度條件下金屬燃料變形陶瓷型鈾、钚、釷的氧化物，碳化物或氮化物陶瓷型燃料主要用來解決金屬或合金型燃料工作溫度限制相變及腫脹效應優(yōu)點：熔點高、熱穩(wěn)定及輻照穩(wěn)定性好、化學穩(wěn)定性好缺點：熱導率低二氧化鈾陶瓷燃料優(yōu)點：無同素異形體，只有一種結(jié)晶形態(tài)面心立方，各向同性，燃耗深熔點高；未經(jīng)輻照的測定值 280515具有與高溫水、鈉等的良好相容性，耐腐蝕力量好與包殼相容性良好缺點：二氧化鈾的導熱性能較差，熱導率低 傳熱負荷肯定時，燃料徑向溫度梯度大氧化物脆性和高的熱膨脹率使啟停堆時引起芯塊開裂。彌散體型含高濃縮燃料顆粒彌散分布

11、在不同基體中20、什么是輻照效應？主要包括哪幾種形式？由輻照引起的材料缺陷進而導致的材料性能的宏觀變化。主要效應： 電離效應、嬗變效應、離位效應電離效應：堆內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子和快中子撞出的高能離位原子與靶原子軌道上的電子發(fā)生碰撞，使其跳離軌道的電離現(xiàn)象，對金屬性能影響不大，對高分子材料影響較大嬗變效應：受撞原子核吸取一個中子變成另外原子的核反響離位效應：中子與原子碰撞中，原子脫離點陣節(jié)點而留下一個空位。假設不能跳回原位，則形成間隙原子，快中子引起的離位效應會產(chǎn)生大量初級離位原子， 其變化行為和聚攏形態(tài)是引起構(gòu)造材料輻照效應的主要緣由。離位峰中的相變：有序合金在輻照時轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序相或非晶態(tài)相21、選

12、擇慢化劑需要留意哪些要求？重水做慢化劑有何優(yōu)缺點？慢化劑：將裂變中子慢化為熱中子，分固體慢化劑和液體慢化劑固體慢化劑石墨、鈹、氧化鈹：對石墨慢化劑性能要求：純度高，雜質(zhì)少，尤其硼、鎘含量限制嚴格強度高，各向異性小耐輻照、抗腐蝕和高溫性能好熱導率高、熱膨脹率小液體慢化劑水、重水：對液體慢化劑的要求：熔點在室溫以下，高溫下蒸汽壓要低良好的傳熱性能良好的熱穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性原子密度高不腐蝕構(gòu)造材料在輻照條件下，重水與輕水均發(fā)生漸漸的分解，分別出爆炸性氣體D2 和 O2，或 H2 和 O2 的混合氣體，該過程稱作輻射分解。重水慢化堆承受重水作冷卻劑的好處是可以削減核燃料的裝載量或降低核燃料的濃縮度。缺

13、點是價格昂貴。22、 堆芯把握材料的要求有哪些？ 把握材料的性能要求：材料本身中子吸取截面大，子代產(chǎn)物也具有較高中子吸取截面對中子的吸取能閾廣熱、超熱中子熔點高、導熱性好、熱膨脹率小中子活化截面小強度高、塑韌性好、抗腐蝕、耐輻照f23、 體積釋熱率、熱流密度、線功率密度的定義，以及三者之間的轉(zhuǎn)換關系？ 熱流密度：也稱熱通量，一般用q 表示，定義為：單位時間內(nèi)，通過物體單位橫截面積上的熱量。依據(jù)國際單位制，時間為 s，面積為，熱量取單位為焦耳J，相應地熱流密度單位為 J/(s)。體積釋熱率 qv 1.602 10-13 F EafN ：單位堆芯體積所釋放熱功率線功率密度：單位長度堆芯產(chǎn)生熱功率燃

14、料芯塊的線功率 qL，燃料芯塊的外表熱流密度 q，燃料芯塊的體積釋熱率 qv，三者關系：qL=q2ru=qvru224、什么是核熱管因子，其物理意義是什么？為了衡量各有關的熱工參數(shù)的最大值偏離平均值或名義值的程度，引入一個修正因子，這個修正因子就稱為熱管因子。熱管因子是用各有關的熱工或物理參數(shù)的最大值與平均值的比值來表示的。反響堆設計中均力求減小反響堆的核熱管因子25、影響堆芯功率分布的因素有哪些？燃料裝載的影響富集度最高的裝在最外層，最低的燃料組件裝在中心區(qū)，可顯著增大堆芯總功率輸出反射層的影響(增加邊沿中子通量)把握棒的影響肯定程度上改善中子通量在徑向的分布構(gòu)造材料、水隙和空泡的影響材料吸

15、取中子，水隙提高熱中子濃度， 把握棒做成瘦長的形式，空泡使熱中子通量下降燃料元件自屏蔽效應的影響慢化劑產(chǎn)生熱中子，燃料棒內(nèi)消耗中子 26、什么是積分熱導率，在實際中有何應用？ (t)dtuUO2 燃料熱導率隨溫度變化很大，承受算術平均溫度來求解 ku，誤差很大溫度的非線性函數(shù)，因此需爭辯 ku 隨溫度的變化規(guī)律，從而引出積分熱導率的概念。為便于計算燃料芯塊中心溫度使用的一個參量。是隨溫度變化的燃料芯塊的熱導率從外表溫度到中心溫度的積分，其單位為 W/cm。t0 k (t)dt k (t0t)dt-tuk (t)dt=q / (4)tuuulu0027、什么是偏離泡核沸騰，對應英文縮寫是什么？偏

16、離泡核沸騰 DNBDeparture from nucleate boiling ，在加熱過程中，由于產(chǎn)生的氣泡數(shù)量很多，甚至在加熱面四周形成蒸汽片或蒸汽柱，當氣泡產(chǎn)生的頻率高到在汽泡脫離壁面之前就形成了汽膜時，就發(fā)生了偏離泡核沸騰。28、加熱通道內(nèi)流淌包含哪幾個區(qū)域？ 加熱通道內(nèi)流淌區(qū)域的劃分：單相流區(qū)，不存在氣泡，液體單相流深度欠熱區(qū)，貼近加熱壁面液膜到達飽和溫度，開頭生成氣泡，表現(xiàn)為“壁面效應”輕度欠熱區(qū)，越過凈蒸汽起始點，氣泡脫離壁面，表現(xiàn)為“容積效應”飽和沸騰區(qū)，此區(qū)熱量完全用來產(chǎn)生蒸汽29、臨界熱流密度和沸騰臨界的概念？臨界熱流密度：到達沸騰臨界時的熱流密度當熱流密度到達由核態(tài)沸騰

17、轉(zhuǎn)變?yōu)檫^度沸騰所對應的值時，加熱外表上的氣泡很多，以致使很多氣泡連成一片，掩蓋了局部加熱面。由于氣膜的傳熱系數(shù)低，加熱面的溫度會很快上升，而使加熱面燒毀。這一臨界對應點又稱為沸騰臨界點或臨界熱流密度 CHFCritical Heat Flux。30、 單相流壓降通常由哪幾局部組成，各局部對應具體作用是什么？ 提升壓降31、截面含氣率與體積含氣率、質(zhì)量含氣率有何差異，如何相互轉(zhuǎn)化？V VV V V 容積含氣率：單位時間內(nèi)，流過通道某一截面的兩相流總?cè)莘e中，氣相所占的容積份額。AAAA A截面含氣率 ：也稱空泡份額，指兩相流中某一截面上，氣相所占截面與總流道截面之比。32、什么是滑速比？xA滑速比

18、 S 是指蒸汽的平均速度 Vg 與液體的平均速度 Vf 之比fS V /Vgff1 x A gg33、什么是臨界流，對反響堆安全有何意義，單相臨界流速如何計算？當流體自系統(tǒng)中流出的速率不再受下游背壓下降的影響時，這種流淌就稱為臨界流或堵塞流。臨界流對反響堆冷卻劑喪失事故的安全考慮格外重要。臨界流量的大小不僅直接影響到堆芯的冷卻力量，而且還打算各種安全和應急系統(tǒng)開頭工作的時間。u KRTK定壓比熱容與定容比熱容之比R氣體常數(shù)T溫度34、到達臨界壓力比就可以實現(xiàn)臨界流速對嗎，為什么？ 不對35、什么是流淌不穩(wěn)定性，常見的有哪幾種類型？流淌不穩(wěn)定性：是指在一個質(zhì)量流密度、壓降和空泡之間存在著耦合的兩

19、相系統(tǒng)中，流體受到一個微小的擾動后所產(chǎn)生的流量漂移或者以某一頻率的恒定振幅或變振幅進展的流量振蕩。36、什么是自然循環(huán)，形成自然循環(huán)的條件是什么？自然循環(huán)是指在閉合回路內(nèi)依靠熱段上行段和冷段下行段中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動壓頭來實現(xiàn)的流淌循環(huán)條件：驅(qū)動壓頭需抑制回路內(nèi)上升段和下降段的壓力損失自然循環(huán)必需是在一個連續(xù)流淌的回路中進展，假設中間被隔斷，就不能形成自然循環(huán)37、反響堆冷卻劑工作壓力確實定需要考慮哪些方面的因素或影響？主要考慮熱工水力學因素和設備本錢，所謂熱工水力學，也就是爭辯反響堆內(nèi)燃料-冷卻劑傳熱、冷卻劑流淌的熱力學過程分析。對于輕水堆，由于壓力打算水的飽和溫度，即水保持液態(tài)或飽和

20、蒸汽的溫度，是熱工水力設計的一個重要方面，但壓力本身對反響堆物理和冷卻劑流淌的影響較小，可以說是溫度打算壓力。對于氣冷堆，冷卻劑的熱力學參數(shù)受壓力影響大，熱工水力學設計直接和壓力有關。對于壓水堆核電廠，一回路壓力打算一回路水的飽和溫度，繼而打算二回路蒸汽參數(shù)和汽輪機熱效率。壓力上升可以提高熱效率，但一回路溫度打算因素不只是冷卻水壓力而主要打算于反響堆的熱工水力設計，并且壓力上升將帶來各主設備承壓需求上升，本錢和制造難度上升，通常壓水堆取15Mpa 左右的工作壓力，對應冷卻劑 330 度左右的溫度限制。沸水堆由一回路直接產(chǎn)生蒸汽，蒸汽參數(shù)實際上打算了壓力容器的設計壓力， 而沸水堆堆芯冷卻劑為兩相

21、流，冷卻劑溫度和對應的壓力同樣受到熱工水力學和材料性能限制，通常溫度為 286 度，壓力 7.3Mpa。沸水堆由于堆芯較壓水堆大，并且壓力容器內(nèi)需要容納足夠的空間保證汽水分別器蒸汽枯燥器等，壓力容器比壓水堆要大，較低的壓力也有利于壓力容器制造。38、熱管和熱點的定義？熱管hot-channel：假設在相對孤立的冷卻系統(tǒng)中，積分功率輸出最大的冷卻劑通道熱點hot-point：堆芯內(nèi)存在的某一燃料元件外表熱流密度最大的點。 39、壓水堆主要熱工設計準則有哪些？燃料元件芯塊內(nèi)最高溫度低于其相應燃耗下的熔化溫度燃料元件外外表不允許發(fā)生沸騰臨界必需保證正常運行工況下燃料元件和堆內(nèi)構(gòu)件能得到充分冷卻；在事

22、故工況下能供給足夠的冷卻劑以排出堆芯余熱在穩(wěn)態(tài)工況下和可估量的瞬態(tài)運行工況中，不發(fā)生流淌不穩(wěn)定性40、熱流密度核熱點因子和熱流密度工程熱點因子分別描述哪方面對熱流密度的影響？核：描述中子通量分布不均勻工程：描述由于堆芯燃料及構(gòu)件加工、安裝誤差造成功率分布不均勻可用加工誤差和統(tǒng)計方法得到41、降低核熱管因子有哪些具體途徑？ 降低熱管因子的途徑：核方面設置反射層、燃料分區(qū)裝載、布置可燃毒物、把握棒布置等工程方面合理把握加工、安裝誤差；改善冷卻劑安排不均勻；加強橫向交混等42、單通道模型設計法和子通道模型設計法各自的指導原則及主要區(qū)分是什么？在單通道模型中，把所要計算的通道看作是孤立的、封閉的,堆芯

23、高度上與其他通道之間沒有質(zhì)量、動量和能量交換。這種分析模型不適合用于無盒組件那樣的開式通道。為了使計算更符合實際，開發(fā)了子通道模型。這種模型認為到相鄰通道的冷卻劑之間在流淌過程中存在著橫向的質(zhì)量、動量和能量的交換，因此各通道內(nèi)的冷卻劑質(zhì)量流密度將沿著軸向不斷發(fā)生變化，熱通道內(nèi)冷卻劑的焓和溫度也會有所降低，相應的燃料元件外表和中心溫度也隨之略有降低。43、 什么是最小燒毀比MDNBR？在反響堆熱工計算中，為了安全起見，要保證在反響堆運行時實際熱流密度與臨界熱流密度之間有肯定裕量，就需要把計算出的臨界熱流密度除以一個安全系數(shù)，以保證不消滅燒毀事故。這個安全系數(shù)稱燒毀比。把通道中臨界熱流密度 qDNB 與實際熱流密度 qact 二曲線間距離最近處的比值稱為最小