核反應(yīng)堆工程11

核能開發(fā)與應(yīng)用深圳大學(xué)核技術(shù)研究所趙海歌2010-2011學(xué)年第二學(xué)期反應(yīng)堆能譜當(dāng)反應(yīng)堆處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，在慢化過程中，堆內(nèi)中子密度(或中子通量)按能量具有穩(wěn)定的分布——稱之為反應(yīng)堆能譜。近似描述：高能范圍用裂變中子譜近似描述熱能區(qū)用麥克斯韋譜近似描述實(shí)際上，精確計(jì)算反應(yīng)堆內(nèi)的熱中子能譜是比較復(fù)雜的問題。這是因?yàn)樵谔幚淼湍苤凶优c慢化劑核的散射時(shí)，已不能把慢化劑核看成是靜止的和自由的，而必須考慮慢化劑原子熱運(yùn)動(dòng)的影響、化學(xué)結(jié)合鍵的影響以及中于與散射波之間的干涉效應(yīng)等等。在進(jìn)行近似計(jì)算時(shí)，對(duì)于有源和有中子吸收的介質(zhì)，如果中子的泄漏忽略不計(jì)，就可以近似地認(rèn)為，熱中子能譜仍具有麥克斯韋諾的分布形式。熱中子在擴(kuò)散過程中，一方面被各種材料所吸收，另一方面又有快中子從高能區(qū)不斷慢化到熱能區(qū)而得到補(bǔ)充，結(jié)果使較低能量的中子相對(duì)減少，較高能量的中子相對(duì)增加，因而熱中子的平均能量增加了，這種現(xiàn)象叫能譜的“硬化”。由于能譜硬化，實(shí)際的熱中子譜并不嚴(yán)格遵守麥克斯韋分布律，而是向較高能量的方向偏移了。第四講：核反應(yīng)堆物理——中子的慢化最關(guān)心的是中能區(qū)中子的近似慢化能譜分布。中能區(qū)：1ev——0.1Mev。中能區(qū)能譜表示了中子慢化過程中的能量變化。研究模型：把反應(yīng)堆中子慢化能譜用一個(gè)無限大均勻介質(zhì)的慢化能譜來近似地表示。完全略去了中子通量和空間的依賴關(guān)系以及中子泄露的影響。意義：它對(duì)于初步了解反應(yīng)堆內(nèi)的慢化能譜，并為反應(yīng)堆群常數(shù)的計(jì)算提供一個(gè)近似慢化能譜分布還是有意義的。慢化能譜：假定在慢化劑內(nèi)由于燃料核裂變每秒每單位體積內(nèi)產(chǎn)生q0個(gè)快中子。這些快中子通過慢化劑核的碰撞過程而不斷地降低能量。與此同時(shí)，快中子不斷地由裂變產(chǎn)生，在穩(wěn)態(tài)情況下在系統(tǒng)內(nèi)就形成某種穩(wěn)定的中子能量分布，稱這個(gè)能量分布為慢化能譜。在介質(zhì)無吸收無泄漏的情況下，q0個(gè)源中子可慢化到自源能量至熱能的任一能量，假設(shè)中子與核每次碰撞的平均能量損失很小，或平均對(duì)數(shù)能降增量是一個(gè)很小的值，則在能量E附近的一個(gè)能量間隔ΔE(或?qū)?shù)能降間隔Δu)內(nèi)要使一個(gè)中子能量下降ΔE

，即對(duì)數(shù)能降增加Δu所需的平均碰撞次數(shù)為Δu/ξ=ΔE/ξE，在ΔE間隔內(nèi)單位體積內(nèi)每秒發(fā)生的碰撞數(shù)為q0ΔE/ξE

。在無吸收情況下它就等于ΔE間隔內(nèi)的碰撞反應(yīng)率，即有

Ф(E)=q0/ξΣsE這就得到了慢化區(qū)中子通量隨能量變化的關(guān)系式，它是反應(yīng)準(zhǔn)物理分析中經(jīng)常要用到的一個(gè)重要結(jié)果。在慢化區(qū)域，散射截面隨中子能量的變化不劇烈，所以，中子通量的能譜分布近似按照1/E規(guī)律變化。這一分布規(guī)律有時(shí)稱為I/E譜或費(fèi)米譜。我們常常把它作為反應(yīng)堆內(nèi)慢化區(qū)中子能譜分布的初步近似。在慢化能區(qū)，中子通量的能譜分布近似按照1/E