【正文】 核安全綜合知識 注冊核安全工程師考試復習 2022年 7月 周志偉 電話： 13521657815 Email： 《 核安全綜合知識 》 第二章 核反應堆工程基礎 復習內(nèi)容 : 第一節(jié) 核裂變及核能的利用 ?一、自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 ?二、裂變后現(xiàn)象 第二節(jié) 核反應堆的基本工作原理 ?一、中子與原子核的相互作用 ?二、核反應截面和核反應率密度 ?三、中子的慢化 ?四、核反應堆臨界條件 ?五、核燃料的消耗、轉(zhuǎn)化與增殖 ?六、堆內(nèi)中子通量分布與功率展平 《 核安全綜合知識 》 第三節(jié) 反應性與反應性的控制 ?一、反應性概念 ?二、影響反應性變化的各種因素 ?三、反應性的控制 第四節(jié) 核反應堆內(nèi)的釋熱與傳熱 ?一、核反應堆熱源及其分布 ?二、傳熱的基本方式 ?三、單相流體的對流換熱 ?四、沸騰傳熱 ?五、沸騰危機 ?六、臨界熱流密度和偏離泡核沸騰比 《 核安全綜合知識 》 第一節(jié) 核裂變及核能的利用 知識要點 ： ?裂變的發(fā)現(xiàn) ?自發(fā)裂變 ?誘發(fā)裂變 ?裂變后現(xiàn)象 ?裂變碎片的質(zhì)量分布 ?裂變能及其分配 ?裂變中子 《 核安全綜合知識 》 引言 核裂變的發(fā)現(xiàn)： ?哈恩和斯特拉斯曼對上述工作進行了復核，于 1939年 1月正式確認，中子束輻照鈾靶的產(chǎn)物中，觀察到了 Ba和 La的放射性同位素。 ?邁特納（ Meitner L）和福里施（ Frisch O）對上述實驗事實進行了解釋，指出鈾核的穩(wěn)定性很差，在俘獲中子之后本身分裂為質(zhì)量差別不很大的兩個核，裂變（ Fission）一詞就是由他們提出來的。 ?裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，立刻引起人們極大的注意。這不僅是因為在裂變過程中釋放出巨大的能量，而且在裂變過程中都伴隨著中子的發(fā)射。這些中子將使裂變自動地繼續(xù)下去，形成鏈式反應，從而使原子能的大規(guī)模利用成為可能。 ?發(fā)現(xiàn)裂變到鏈式反應堆的建立，僅僅花了 4年的時間， 1942年12月第一個鈾堆在美國投入運行。 ?本節(jié)重點討論核裂變及其有關問題。 《 核安全綜合知識 》 一、自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 ?在沒有外來粒子轟擊下，原子核自行發(fā)生裂變的現(xiàn)象叫自發(fā)裂變； ?在外來粒子轟擊下，原子核才發(fā)生裂變的現(xiàn)象稱為誘發(fā)裂變。 1．自發(fā)裂變 ?自發(fā)裂變的一般表達式 ： ?在自發(fā)裂變的母核與裂變產(chǎn)物間滿足如下的關系： A=A1+A2；Z=Z1+Z2，即粒子數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 ?其中， A A2和 Z Z2分別為裂變產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)。 1212AAAZ Z ZX Y Y??? ?《 核安全綜合知識 》 1．自發(fā)裂變 ?自發(fā)裂變能 Qf, s，定義為兩個裂變產(chǎn)物 Y1（ Z1，A1）和 Y2（ Z2， A2）的動能之和，即 ?由能量守恒可以導出： 和 式中 B為結(jié)合能。 ?自發(fā)裂變發(fā)生的條件： Qf,s＞ 0，即兩裂變碎片的結(jié)合能大于裂變核的結(jié)合能。 ?仔細研究比結(jié)合能曲線可以發(fā)現(xiàn)，對于不是很重的核，例如 A＞ 90，就可滿足此條件。 ? ?22f , s 1 1 2 2( , ) ( , ) ( , )Q M Z A c M Z A M Z A c? ? ? ?),(),(),( 2211f , s AZBAZBAZBQ ???《 核安全綜合知識 》 1．自發(fā)裂變 ?裂變碎片是很不穩(wěn)定的原子核，一方面碎片處于較高的激發(fā)態(tài)，另一方面它們是遠離 ?穩(wěn)定線的豐中子核而發(fā)射中子，所以自發(fā)裂變核又是一種很強的中子源。 ?超钚元素的某些核素，如 244Cm、 249Bk、 252Cf、255Fm等具有自發(fā)裂變的性質(zhì)，尤其以 252Cf最為突出。 1?g的 252Cf體積甚小于 1?cm3，而每秒可發(fā)射 1012個中子。 《 核安全綜合知識 》 ?原子和原子核（ 3） ?單選題例： 自發(fā)裂變核又是一種很強的 （ A）。 A 中子源 , B 質(zhì)子源， C 可見光源， D 負離子源 。 ?多選題例： 具有自發(fā)裂變性質(zhì) 的核素包括 ，其中 (BCDE)。 A 238U B 244Cm C 249Bk D 252Cf E 255Fm 《 核安全綜合知識 》 2．誘發(fā)裂變 ?能發(fā)生自發(fā)裂變的核素不多，大量的裂變過程是誘發(fā)裂變； ?當具有一定能量的某粒子轟擊靶核時，形成的復合核發(fā)生裂變，其過程記為 A(a,f1)f2或 A(a,f)，其中 a是入射粒子 ff或 f代表裂變碎片或裂變； ?誘發(fā)裂變中，中子誘發(fā)裂變是最重要的； ?中子與靶核沒有庫侖勢壘，能量很低的中子就可以進入核內(nèi)使其激發(fā)而發(fā)生裂變。裂變過程又有中子發(fā)射，可能形成鏈式反應 ?熱中子（入射中子能量為 ）即可引起 235U誘發(fā)裂變： 235U(n,f)， 23623 5 *12n U U Y Y? ??? ??? ?《 核安全綜合知識 》 2．誘發(fā)裂變 ?處于激發(fā)態(tài)的復合核 236U*是裂變核； ?Y Y2代表兩個初級裂變碎片（如 139Br和 97Kr），按其碎片質(zhì)量的大小，稱為重碎片和輕碎片，一般也處于激發(fā)態(tài)。 ?誘發(fā)裂變的一般表達式為 121*n X X Y YAAAAZ Z Z Z?? ??? ??? ?《 核安全綜合知識 》 二、裂變后現(xiàn)象 ?裂變后現(xiàn)象是指裂變碎片的各種性質(zhì)及其隨后的衰變過程及產(chǎn)物，如碎片的質(zhì)量、能量、釋放的中子、射線等。 ? 原子核裂變后產(chǎn)生兩個質(zhì)量不同的碎片，它們受到庫侖排斥而飛離出去，使得裂變釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化成碎片的動能，這兩個碎片稱為初級碎片。 ? 初級碎片是很不穩(wěn)定的原子核，這一方面是由于碎片具有很高的激發(fā)能，另一方面它們是遠離穩(wěn)定線的豐中子核，因而能直接發(fā)射中子（通常發(fā)射 1～ 3個中子）。 ? 發(fā)射中子后的碎片的激發(fā)能小于核子的平均結(jié)合能（ 8?MeV）不足以發(fā)射核子，主要以發(fā)射光子的形式退激。 ? 初級碎片發(fā)射的中子和光子是在裂變后小于 10－ 16 s的短時間內(nèi)完成的，所以稱為瞬發(fā)裂變中子和瞬發(fā)光子。 《 核安全綜合知識 》 二、裂變后現(xiàn)象 ? 發(fā)射中子后的碎片稱為次級碎片或稱裂變的初級產(chǎn)物。發(fā)射光子后初級產(chǎn)物仍是豐中子核，經(jīng)過多次 β 衰變鏈，最后轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的核素。 ? β 衰變的半衰期一般是大于 10﹣ 2s。相對于瞬發(fā)裂變中子和 γ 射線，這是慢過程。 ? 在連續(xù) β 衰變過程中，有些核素可能具有較高的激發(fā)能，其激發(fā)能超過中子結(jié)合能，就有可能發(fā)射中子，這時發(fā)射的中子稱為緩發(fā)中子。 ? 緩發(fā)裂變中子的產(chǎn)額占裂變中子數(shù)的 1%左右。當然連續(xù)β 衰變過程中各核素也仍會繼續(xù)發(fā)射 γ 射線。 《 核安全綜合知識 》 ?裂變后的過程可由圖 21示意： 《 核安全綜合知識 》 1．裂變碎片的質(zhì)量分布 ?裂變碎片的質(zhì)量分布，又稱裂變碎片按質(zhì)量分布的產(chǎn)額，具有一定的規(guī)律性。發(fā)射中子前和發(fā)射中子后的碎片的質(zhì)量分布有些差異，但基本特征是相同的。 ?在二分裂情況下，碎片 Y Y2的質(zhì)量 AY AY2的分布有兩種情況： ?對 Z≤84（如 84Po）和 Z≥100（如 100Fm、 101Md等）的核素， AY1=AY2的對稱分布的概率最大，被稱為對稱裂變； ?對于 90≤Z≤98（ 90Th～ 98Cf）的核素其自發(fā)裂變和低激發(fā)能誘發(fā)裂變的碎片質(zhì)量分布是非對稱的，稱為非對稱裂變； ?隨激發(fā)能的提高，非對稱裂變向?qū)ΨQ裂變過渡。 《 核安全綜合知識 》 2. 裂變能及其分配 ?根據(jù)能量守恒定律，重核發(fā)生二分裂的裂