核反应堆物理第1章 反应堆的核物理基础ppt课件.ppt

《核反应堆物理第1章 反应堆的核物理基础ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《核反应堆物理》«NuclearReactorPhysics»讲课教师：王锋第3章中子扩散理论3.1概述3.2菲克定律3.3中子的泄漏3.4中子扩散方程3.5扩散方程的边界条件3.6扩散方程的简单输运修正3.7点源产生的单速中子扩散3.8扩散长度，徙动面积和徙动长度单能中子扩散方程应用举例概念中子状态:位置矢量r(x,y,z)、能量E(或运动速度v)、运动方向、时间（7个）：单位矢量，模等于1，表示中子的运动方向，通过极角和方位角来表示中子状态的描述中子角密度：在r处单位体积内和能量为E的单位能量间隔内，运动方向为的单位立体角内的中子数目。中子角通量

2、密度：沿方向在单位时间内穿过垂直于这个方向的单位面积上的中子数目。对中子角密度和中子角通量对所有立体角方向积分，可得前面所定义的中子密度和中子通量密度4反应堆内的链式裂变反应过程实质上涉及中子在介质内的不断产生，运动和消亡的过程。反应堆理论的基本问题之一，就是确定堆内中子密度（或中子通量密度）的分布。由于中子与原子核间的无规则碰撞，中子在介质内的运动是一种杂乱无章的具有统计性质的运动，即原来在堆内某一位置具有某种能量与某一运动方向的中子，在稍晚时候，将运动到堆内的另一位置以另一能量和另一运动方向出现，这一现象称之为中子在介质内的输运过程。中子在堆内运动及分布

3、与那些量相关？（1）空间位置r（x,y,z）（2）能量E（3）运动方向Ω（4）时间t(非稳态时)问题的提出3.1概述要求解反应堆内中子密度和中子通量密度的分布一般采用两种方法：确定论方法根据边界条件和初始条件解数学物理方程得出所求问题的精确解或近似解。适用于问题的几何结构不太复杂的情况。非确定论方法又称为MonteCarlo方法，是基于统计概率理论的方法，是通过计算机的随机模拟来模拟每个中子在介质中运动的历史。适用于问题的几何结构比较复杂的情况。本章是用确定论方法研究中子的输运过程建立描述中子在介质输运过程的中子扩散方程。中子扩散方程是研究中子在介质内运动的基

4、本方程，它是研究反应理论的重要工具和基础。问题解决中子输运方程－波耳兹曼方程直接表述中子在反应堆内的空间（含方向），能量和时间的分布的方程，称为输运方程，由于它与波耳兹曼研究气体运动的方程相似，因此也称为波耳兹曼方程。问题：中子输运方程比较精确地描述了中子在反应堆内的运动和分布，但由于其是含有空间位置r，能量E和运动方向Ω等六个变量的偏微分－积分方程，因此求解是一个非常复杂的过程，只有在个别简单情况下，才能求出解析解。确定论方法扩散近似：假定反应堆内中子在介质核上的碰撞散射是杂乱无章且各向同性的（中子沿各个方向运动散射出来的中子数相等），满足分子扩散的斐克定律

5、。扩散方程：不考虑中子运动方向后简化的中子输运方程称为扩散方程。实际中大型反应堆的堆芯内中子运动的方向接近各向同性，同时这种简化不影响理解堆系统的倍增特性。中子扩散方程－扩散近似背景：扩散现象：由物理量梯度引起的使该物理量平均化的物质迁移现象。由浓度梯度引起的称分子扩散；由温度梯度引起的称热扩散；由外力(如压力、电场或磁场等)梯度引起的称强制扩散，等等。扩散是许多重要的传质过程（例如蒸馏、吸收、热扩散、电解和电泳等）的基础。中子在反应堆内的迁移也可以近似为扩散行为。扩散现象香水分子的扩散（无风状态）墨滴在静水中的扩散杂质原子在硅片中的扩散血液中的养分透过细胞膜

6、向细胞内扩散粒子的扩散是粒子与周围介质(或其它粒子)的碰撞、散射而造成的，结果是从密度大的地方向密度小的地方迁移。9中子与介质原子核的散射碰撞分子的扩散现象，分子从浓度大的地方向浓度小的地方扩散，并且分子扩散的速率与分子密度的梯度成正比，也就是服从“斐克扩散定律”。由于在热堆中子密度（1016/m3）比介质的原子核密度（1028/m3）小很多，因此它与气体分子的扩散又有不同，主要区别在于：分子扩散是由于分子间的碰撞引起，而中子的扩散主要是由中子与原子核之间碰撞的结果，中子之间的相互碰撞可以忽略不计。如果所有的中子（包括源中子）都具有相同的能量（也就是单能（速）

7、中子），那么问题又可获得进一步的简化，这时，中子通量密度便仅仅是空间坐标r的函数。讨论气体分子扩散与中子扩散的区别单能（单速（速率））中子扩散模型菲克定律中子输运（包含中子运动方向）中子扩散（不包含中子运动方向）斐克定律适用的条件首先假设：1）无限均匀介质；2）弱吸收介质，即；3）实验室系中散射是各向同性；4）中子通量密度是随位置缓慢变化的函数；斐克定律描述：单位时间内穿过垂直于流动方向的单位面积的净中子数和中子通量密度的关系。3.2菲克定律推导菲克定律示意图扩散近似下，中子与原子核多次碰撞，使得中子在反应堆内以杂乱无章的的折线进行运动。此种扩散运动使得中子从

8、密度高的区域转移到密度低的区域。中子扩