核反應堆物理分析第1章(編輯修改稿)
2025-02-02 15:14 本頁面
【文章內容簡介】 吸收平均自由程： 可以證明 ： ss ?? 1?aa ?? 1?tt ?? 1?ast ???111 ??? 核反應率 核反應堆中中子的密度： 單位體積里的原子核數(shù)： 單位體積里空氣分子數(shù)： 核反應率定義為： 單位是 中子 ∕ m3?s 對于不同的核反應過程： 多種元素組成的均勻混合物質： 核反應率、中子通量密度和平均截面 31714 10~10 m中子32823 10~10 m原子?? nvR aa nvR ?? ff nvR ?????????????? ??nvnvnvnvRmii12135210 m個? 中子通量密度（ Neutron Flux） 單位是 中子 ∕ m2?s, 等于該點的中子密度與相應的中子速 度的乘積，它表示單位體積內所有中子在單位時間內穿行 距離總和。是標量不是矢量。與磁通量，光通量概念不同。 反應率： ? 中子注量和注量率（ Neutron Fluence Rate） 在空間 r處單位時間內進入該點為中心的單位橫截面 的小球體內的中子數(shù)稱為該點的中子注量率 。 因而 ?t時間內的注量 F(r) 則等于 nv?????R?? ??? ttt dttrrF 11 ),()( ? 顯然中子注量率就等于中子通量密度。中子通量密度是核 反應堆中一個重要的參數(shù)。它的大小反映了堆芯內部核 反應率的大小，因此也反映出堆的功率水平。熱堆中，熱 中子通量密度的數(shù)量級一般為 ? 平均截面 中子數(shù)關于能量 E的分布稱為中子能譜分布 。不同的反 應堆，中子能譜不同。中子密度和速度均為能量的函數(shù)。 所以總的中子通量密度 Φ應為： 截面也是中子能量的函數(shù)所以核反應率應為： sm ?21513 10~10 中子? ?? ???? 0 0 )()()( dEEdEEvEn ?? ?? ? ???? E E dEEEdEEvEnER )()()()()( ? 實際計算中常引入在某能量區(qū)間的平均宏觀截面 的概念。 并令 平均宏觀截面與總中子通量密度的乘積等于核反應率 。 平均宏觀截面或平均截面為： 從上式可知，要計算平均截面或反應率，就必須知道中子 通量密度按能量的分布，即中子能譜。所以 計算中子能譜 是反應堆物理中的重要研究內容 。 ?????? ?? E dEEER )()( ??????????EEdEEdEEER)()()(?? 截面隨中子能量的變化 核截面的數(shù)值決定于入射中子的能量和靶核的性質 ，對 許多原子核其反應截面隨入射中子能量的變化特征主要 分三個區(qū)域： 低能區(qū) ： 吸收截面隨中子能量減小而增大， 即 區(qū)。 中能區(qū) ： 許多重元素核的截面出現(xiàn)許 多共振峰，即共振區(qū)。 快中子區(qū) ： ，該區(qū)域截面通常很小，截面隨中 子能量的變化比較平滑。 下面按吸收、散射和裂變核反應，分別介紹不同質量 核的微觀截面隨中子能量的變化特征。 eVE 1?v1eVEeV 3101 ??eVE 310??微觀吸收截面 低能區(qū) ： 如已知能量 E0處的微觀吸收截面 則在低能區(qū)： 對于多數(shù)輕核，在中子能量從幾個 keV 甚至幾個 MeV 的范圍，其吸收截面近似按 變化，對于重核和中等 質量原子核，由于在低能區(qū)有共振吸收現(xiàn)象， 其吸收截 面就會偏離 規(guī)律。例如： 235U, 238U, 239Pu, 112Cd 等。 中能區(qū) ： 對于重核，如 238U核，在共振區(qū)內，某一能量附近 的小間隔內微觀吸收截面 將變的特別大，即出現(xiàn)共振吸收 現(xiàn)象。 tc o n sEEa t a n)( ??)( 0Ea?EEEEaa00 )()( ?? ?v1v1對于輕核，由于其第一個激發(fā)態(tài)的能量比重核高，所以 輕核在中能區(qū)一般不會出現(xiàn)共振峰，只有能量達到 MeV 才出現(xiàn)這種共振峰。和重核窄而高的共振峰不同，輕核 的共振縫寬而低。 因此在熱堆中共振吸收主要考慮重核 238U的共振吸收 。 在高能區(qū)，隨著中子能量的增加，共振峰間距變小，共 振峰開始重疊，以致無法分辨，微觀吸收截面隨能量變 化平緩，而且截面數(shù)據(jù)很小，只有幾個 barn。 ?微觀散射截面 （ 1）非彈性散射截面 σ in： 非彈性散射有閾能特點，質量越 大的核，其閾能愈低。當中子能量小于閾能時， σ in 為零；中子能量大于閾能時， σ in隨著中子能量的增加而增大。 圖 15。 （ 2）彈性散射截面 σ s： 多數(shù)元素與較低能量中子的散射都是 彈性散射。 σ s基本上是常數(shù)，一般為幾個靶。 對于輕核和 中等核中子能量從低能到 MeV范圍， σ s基本上近似為常數(shù) 。 對于重核，在共振能區(qū)將出現(xiàn)共振彈性散射。 熱中子的散射問題比較復雜，這主要是由于核的熱運動 和化學鍵的影響，對反應堆物理影響不大。 ?微觀裂變截面 σ f 235U, 239Pu 等易裂變核素的裂變截面隨中子能量的變化 與重核吸收截面的變化規(guī)律相似 。 熱能區(qū)：裂變截面隨中子能量減小而增加，且截面很大。 熱堆里裂變反應基本上都是發(fā)生在這
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