哈工程 核反應(yīng)堆的核物理 中子慢化和慢化能譜

哈工程核反應(yīng)堆的核物理中子慢化和慢化能譜第1頁/共23頁中子散射中子核質(zhì)心質(zhì)心系核C系下的描述質(zhì)心速度：碰撞前與碰撞后：第2頁/共23頁L系和C系中散射角的關(guān)系實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中散射角余弦和碰撞前后中子能量的關(guān)系：第3頁/共23頁中子的能量變化與其散射角之間有對應(yīng)的關(guān)系。根據(jù)碰撞后中子散射角分布的概率可以求得碰撞后中子能量分布的概率。散射函數(shù)：碰撞后：散射后中子能量的分布第4頁/共23頁在C系內(nèi)，中子的散射是各項(xiàng)同性的。一個中子被散射到立體角元內(nèi)的概率為：由（2-13）式兩式結(jié)合得：第5頁/共23頁對數(shù)能降定義式：一次碰撞后對數(shù)能降的增加量：最大對數(shù)能降：平均對數(shù)能降：平均對數(shù)能降第6頁/共23頁在各向同性時積分得：A大于10時，近似為：中子能量從E1慢化到E2所需要的平均碰撞次數(shù)：第7頁/共23頁定義：中子與核發(fā)生彈性散射后，其運(yùn)動方向?qū)l(fā)生改變。若散射角為θ，那么cosθ就叫作散射角余弦。在C系內(nèi)：在L系內(nèi)：結(jié)論：在C系內(nèi)散射是各向同性的，所以散射角余弦為零；在L系內(nèi)是各向異性的，且散射角余弦大于零。平均散射角余弦第8頁/共23頁慢化劑的選擇考慮兩個方面從慢化的角度，輕元素有較大的平均對數(shù)能降；要有較大的散射截面。慢化能力：宏觀散射截面和平均對數(shù)能降的乘積。慢化比：常用慢化劑：H2OD2OBe石墨第9頁/共23頁中子平均壽命慢化時間：裂變中子能量由裂變能慢化到熱能所需要的平均時間。擴(kuò)散時間：無限介質(zhì)內(nèi)熱中子在自產(chǎn)生至被俘獲以前所經(jīng)過的平均時間。平均壽命：在反應(yīng)堆動力學(xué)計(jì)算中往往需要用到快中子自裂變產(chǎn)生到慢化成為熱中子，直至最后被俘獲的平均時間，稱為中子的平均壽命。第10頁/共23頁2.2無限均勻介質(zhì)內(nèi)中子的慢化能譜慢化密度：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)。對于彈性散射慢化：第11頁/共23頁無限介質(zhì)內(nèi)慢化方程的建立對于無限均勻介質(zhì)，中子通量密度與空間坐標(biāo)無關(guān)，而僅僅是能量的函數(shù)，用來表示。兩部分組成：中子源產(chǎn)生直接進(jìn)入能量間隔中子與介質(zhì)原子核散射的結(jié)果第12頁/共23頁無吸收單核素?zé)o限介質(zhì)情況利用中子慢化方程：對于的情況，方程的近似解為：由得：第13頁/共23頁

無吸收混合物無限介質(zhì)情況中子慢化方程對于混合物介質(zhì)寫成：對于的情況，方程的漸近解為：無吸收介質(zhì)內(nèi)在慢化區(qū)內(nèi)慢化能譜近似服從分布或稱之為費(fèi)米譜分布。第14頁/共23頁2.3均勻介質(zhì)內(nèi)的共振吸收條件：慢化劑和吸收劑組成的均勻無限介質(zhì)介質(zhì)內(nèi)存在著均勻分布的中子源假設(shè)：強(qiáng)共振峰可分辨并且峰與峰之間的間距足夠大對源強(qiáng)為得：均勻介質(zhì)內(nèi)有效共振積分及逃脫共振俘獲概率第15頁/共23頁第16頁/共23頁共振峰在這種情況下的吸收反應(yīng)率為：令稱為共振峰i的有效共振積分相應(yīng)的中子慢化通過共振峰i的被吸收率為相應(yīng)的逃脫共振俘獲概率第17頁/共23頁熱中子反應(yīng)堆的逃脫共振俘獲概率：其中：有效共振積分經(jīng)驗(yàn)公式：第18頁/共23頁2.4熱中子能譜和熱中子平均截面通常把某個分界能量Ec以下的中子稱為熱中子，Ec稱為分界能或縫合能。與介質(zhì)原子處于熱平衡狀態(tài)的熱中子，其能量分布服從麥克斯韋-玻爾茲曼分布：熱中子能譜第19頁/共23頁在反應(yīng)堆中，所有的熱中子都是從較高的能量慢化而來，爾后逐步與介質(zhì)達(dá)到熱平衡狀態(tài)的，這樣在能量較高區(qū)域內(nèi)中子數(shù)目相對地就要多些；熱中子能譜的“硬化”由于介質(zhì)吸收中子，因此，必然有一部分中子尚未來得及同介質(zhì)的原子(或分子)達(dá)到熱平衡就已被吸收了，其結(jié)果又造成了能量較低部分的中子份額相對減少。第20頁/共23頁在近似計(jì)算中，近似認(rèn)為熱中子仍服從麥克斯韋譜的分布形式：式中稱為中子溫度。假定柵元或介質(zhì)內(nèi)各元素核的吸收截面服從1/v定律，則第21頁/