iter中国固态实验包层三维monte carlo中子学性能分析

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1、华北电力大学硕士学位论文售合-崔参日l兰旨二月勺门阵Jl厂刁能源是社会发展的基石。地球上可以提供的能源资源是有限的，除了可以重复产生的水力、生物能、风能、潮汐等资源外，一切化石燃料资源如石油、煤炭、天然气和其他可燃气体，都只能越用越少，有的己近枯竭。而今，化石能源面临“危机”，同时又对环境造成严重污染。为改善地球环境，缓解即将来临的能源危机和实现人类未来清洁能源利用，能够替代化石燃料的下一代能源，就是现在最有前途、最受重视的原子能了。核能包括重核裂变和轻核聚变所释放的能量。因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，

2、而且，常规裂变反应堆会产生放射性较强的核裂变产物(俗称核废物)，这些因素限制了裂变能的发展。为此，一种崭新的原子能源一受控核聚变能源汇’l开始受到关注。核聚变较核裂变有两大优点:一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富。聚变反应的燃料是轻核，特别是氖、氖、氦一3和钾，其中氖和铿在地球上几乎可以说是无穷尽的。第二个优点是既干净又安全。因为核聚变不产生二氧化碳和二氧化硫等有害气体，也不会像核裂变那样产生大量裂变产物，特别是半衰期长的钢系元素。核聚变的反应产物是无放射性的惰性气体氦，中子对堆结构材料的活化也只是产生少量较容易

3、处理的短寿命放射性物质，所以是干净的。同时受控核聚变反应中，聚变燃料是按一定速度和数量加入，任何时候在反应室内的聚变燃料数量都不大，在进行核聚变反应时，即使失控也不会产生严重事故。所以又是安全的。因此，从长远看，发展核聚变能源对我国乃至全球解决能源问题都是至关重要的。1.1核聚变及其实现核聚变反应〔’一4]核聚变是一种在太阳和其它恒星中持续发生的产生能量的核反应。在太阳中，温度高达1.0一1.5千万摄氏度，通过核聚变反应，氢不断被转化为氦，从而产生能量，发出光和热。在地球_卜人工可能利用的轻核聚变反应主要有以下几种:T

4、+D。全He+n+17.58MeV(l一1)D十D。了He+n+3.27Mev(l一2)华北电力大学硕士学位论文D+D分T+P+4.04MeV(l一3)D+，价分4价+p+18.34MeV(l一4)但其中最具吸引力的还是氖氖反应，因为其反应截面最大且实现的条件最容T+D。尝价(3.SMeV)+n(14.IMeV)(l一5)上式中，氖和氖的静止质量之和大于Q粒子和中子静止质量之和，根据爱因斯坦的质能公式E=Am。’，此核反应释放的能量为17.6Mev，其中中子动能为14.IMev，a粒子的动能为3.SMev。地球上氖的储

5、量非常丰富，它可以从海水中直接提取。虽然自然界并不存在天然氖，但是可以利用铿通过下列反应循环再生:6Li+n令T+4五几(1一6)7Li+n分T+4He+n(1一7)但是，要实现两个氖核的聚变反应，必须克服它们之间的静电库伦斥力。研究认为，这可用“受约束的高温等离子体”方案来实现。具体要求和实现条件如下:(1)高温:实现氖和氖核间的聚变反应，温度必须在五千万度以上。在如此高的温度下，聚变反应的燃料(氛，氛)已经从气态转换为一种全新的物质聚集态一等离子体态。物质在常态下可分为固态、液态和气态三种聚集态，并且它们可以相互转

6、化。宏观物质在一定压强下随温度的逐渐升高，由固态变为液态，再变为气态，有的直接从固态变为气态。当温度足够高时，构成分子的原子己获得足够大的动能，开始彼此分离。分子受热时分裂成原子状态的过程称为离解。如果再进一步提高温度，则原子的外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子。失去电子的原子则变成带正电的离子，这个过程叫“电离，’o电离气体虽然在某些方面跟普通气体有相似之处，但是它的主要性质却发生了本质的变化。在气体中电离成分只要超过千分之一，它的行为主要就由离子和电子之间的库仑作用力所支配，而中性粒子之间的相互作用退居次要地位，

7、并且电离气体的运动受电磁场的影响非常明显，它是一种导电率很高的导电流体。鉴于在这种聚集态中电子的负电荷总数和离子的正电荷总数在数值上是相等的，宏观呈现电中性，因而叫它“等离子体”(2)劳逊判据:开展核聚变研究，不仅仅是创造条件发生核聚变反应，最根华北电力大学硕士学位论文本的目的是从中提取能源。因此只有极高温度还不够，还必须满足另一条件，即充分的约束等离子体，就是说将高温等离子体维持足够长的时间，以便充分地发生(D，D)或(D，T)等离子体反应，放出足够的能量，使聚变反应释放出的能量大于产生和加热等离子体本身所需的能量，

8、以及在这过程中损失的能量。这样，利用聚变反应放出的能量来维持所需的极高温度，毋需再从外界输入能量，聚变反应也能自持地进行下去。1957年劳逊指出对于氖氖反应，当反应物处于10keV时，实现能量的收支平衡的条件是反应物的密度n和能量约束时间T的乘积到达一定限值以上，即劳逊判据。对于D一T反应，要求”公之1014:/m’对于D一D反应