第2章中子慢化与扩散ppt课件.ppt

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1、第2章中子慢化和扩散中子与散射核碰撞而降低能量的过程称为中子的慢化过程。显然，对于热中子反应堆而言，慢化过程是一个非常重要的物理过程。处于与周围介质同样温度的热中子在系统中要进行扩散。同样，扩散过程也是一个非常重要的物理过程。本章首先介绍热中子反应堆内的中子循环和链式裂变反应产生的条件。其次介绍中子的慢化过程和扩散过程的特点以及对反应堆内的链式裂变反应起着的重要作用。12.1链式裂变反应2.1.1热中子反应堆内的中子循环2中子循环N个裂变中子在238U内快裂变增殖ε倍Nε个快中子NεPF个快中子Nε(1－PF)个快中子泄漏NεPF(1－p)个中子被238U吸

2、收NεPFp个热中子NεPFpPT个热中子NεPFpPTf个热中子被燃料吸收新一代NεPFpPTfη个裂变中子NεPFpPT(1－f)个热中子被控制棒结构材料等吸收NεPFp(1－PT)个热中子泄漏NεPFpPTf(1-η/ν)个热中子被芯块非裂变吸收3快中子增殖因数4逃脱共振吸收几率p为一个中子经过共振能区而不被吸收的几率，即逃脱共振吸收几率。主要是逃脱238U的共振吸收，238U的共振能区：6.67，20.9，36.8，66.5，102.5eV。…（见表1-7）5热中子利用因数6有效裂变中子数η为有效裂变中子数，它的定义为燃料每吸收一个热中子所产生的裂变

3、中子数：7中子循环举例N1=100个快中子，其中:2个快中子引起238U的裂变并放出5个次级快中子，加上其余98个快中子，共：103个快中子，其中:2个快中子泄漏到反应堆外，其余101个快中子，其中:5个共振中子被238U俘获，其余96个中子被慢化为热中子，其中：3个热中子在扩散过程中被泄漏到反应堆堆外，其余93个热中子，其中:17个热中子被慢化剂/冷却剂和结构材料俘获，其余76个热中子被U俘获，其中：10个热中子被235U俘获不裂变，26个热中子被238U俘获，40个热中子引起235U裂变并放出第二代中子N2=100个快中子.82.1.2自持链式裂变反应的

4、临界条件从热中子反应堆内的中子循环可知，能否实现自持的链式反应，取决于下列几个过程：（1）燃料吸收热中子引起的裂变主要是热中子引起235U的裂变，这是产生中子的主要来源；（2）238U的快中子增殖能量大于1.1MeV的中子引起238U的裂变，产生裂变中子。对于天然铀，这些裂变中子约占燃料裂变中子的3％左右；（3）慢化过程中的共振吸收（4）慢化剂以及结构材料等物质的辐射俘获（5）中子的泄漏9从中子循环P=PFPT表示中子在慢化、扩散过程中不泄漏几率。无限大反应堆，中子不泄漏几率P＝1。这时的增殖因数称为无限介质的增殖因数k∞k∞＝εpfη10影响因素ε＝ε（燃

5、料性质）；η＝η（燃料性质）p和f两个因素是互相制约的，它们与燃料和慢化剂所占的份额有关。燃料份额，慢化剂份额，f将，而p将。燃料份额，慢化剂份额，f将，而p将。反之正好相反。在实际应用上，必须找出一种能使乘积pf为最大的成分和布置，以使链式反应得以维持。堆芯尺寸，不泄漏几率P，如P1，则有四因子公式：k∞＝εpfη，可以写为keff=k∞P=1临界条件11从中子数守恒的观点来看则中子的产生率与消失率处于动态平衡。因而，反应堆有比较稳定的中子通量密度。该系统处于临界状态。说明中子的消失率大于产生率。因而，系统中的中子将越来越少，该系统处

6、于次临界状态。说明随着裂变链的进行，中子的消失率小于产生率。因而，系统中的中子将越来越多，该系统处于超临界状态。12复习题习题1在某个用U-235作燃料的热中子反应堆内，裂变放出的中子中有25％逃出堆芯，留在堆芯内的中子有30％被堆内慢化剂、结构材料和其它非裂变材料所吸收，其余的被燃料吸收，被U-235吸收的中子中有85％引起裂变，如果＝2.42，试问这时的反应堆是否临界?keff多大？习题2热中子反应堆无限增殖因数为1.10，快中子增殖因数、逃脱共振吸收几率和热中子利用因数的乘积为0.65，求该堆所用核燃料中U-235的富集度为多少？13答案1：因为燃料

7、为U-235，所以ε＝1，p＝1。P=1-25%=0.75,f=1-0.3=0.7,η=0.85*2.42=2.057keff=k∞P=εpfηP=1*1*0.7*2.057*0.75=1.079914答案2：查表：靶恩代入上式，有结果：152.2中子的慢化反应堆堆芯中产生的裂变中子，都是快中子。其平均能量约为2MeV。这些中子在引起燃料核下次裂变(以维持链式反应)以前，由于与系统中介质的原子核进行连续的弹性和非弹性碰撞的结果，其能量通常降低了几个数量级。例如，在热中子反应堆内几乎所有的裂变中子在引起燃料核进一步裂变之前，都已慢化到热能。16慢化的物理机制无

8、限大、均匀、非增殖介质弹性散射动量、动能守恒低能中子