核科学概论-反应堆2

《核科学概论-反应堆2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核科学概论-反应堆2（47页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、核科学概论核科学概论东华理工大学东华理工大学核工系核工系本堂课主要内容本堂课主要内容n核反应堆原理与类型核反应堆原理与类型核电站是利用核能进行发电的装置。核电站是利用核能进行发电的装置。它类似于它类似于燃煤的火力发电站，但火电站的燃煤锅炉被核燃煤的火力发电站，但火电站的燃煤锅炉被核反应堆所代替反应堆所代替,核反应堆是通过核裂变使易裂变核反应堆是通过核裂变使易裂变燃料释放核能的关键装置。燃料释放核能的关键装置。第一节第一节 核反应堆原理与类型核反应堆原理与类型基本概念基本概念（reactor , nuclear reactor）：）：能维持能维持可控自持核裂变链式反应可控自持核裂变链式反应的装置

2、。的装置。（nuclear chain reaction）: 核反应产物之一能引起同类的反应，从而使该反应能核反应产物之一能引起同类的反应，从而使该反应能链式地进行的核反应。链式地进行的核反应。根据一次反应所直接引起的反根据一次反应所直接引起的反应次数平均小于、等于或大于应次数平均小于、等于或大于1，链式反应可分为，链式反应可分为次次临界的、临界的或超临界临界的、临界的或超临界的三种。的三种。基本概念基本概念（reactor physics） 研究反应堆内中子行为的科学，有时研究反应堆内中子行为的科学，有时neutronics。(nuclear reaction)粒子粒子(包括原子核包括原子核

3、)与原子核碰撞导致原子核的与原子核碰撞导致原子核的质量、质量、电荷或能量电荷或能量状态改变的现象的统称。状态改变的现象的统称。 核子数、电荷、动量与角动量、能量均守恒。核子数、电荷、动量与角动量、能量均守恒。原子核物理基础原子核物理基础n原子核的结合能与比结合能原子核的结合能与比结合能 核力：核力：能克服质子与质子之间的静电斥力而把核子聚能克服质子与质子之间的静电斥力而把核子聚集成原子核的力。集成原子核的力。 结合能：结合能：把原子核内的全部核子一个个地拉开所需要把原子核内的全部核子一个个地拉开所需要的净能量。的净能量。 根据按因斯坦的质能方程：根据按因斯坦的质能方程： 由此可得结合能的计算公

4、式：由此可得结合能的计算公式：2mcE2()pnEZmAZ mm c 原子核物理基础原子核物理基础n原子核的结合能与比结合能原子核的结合能与比结合能原子核的比结原子核的比结合能是合能是原子核原子核的结合能与该的结合能与该原子核的核子原子核的核子数之比数之比，它表，它表示每个核子的示每个核子的平均结合能平均结合能，有时也称为平有时也称为平均结合能。均结合能。 原子核物理基础原子核物理基础n中子核反应中子核反应 在核反应堆内中子与原子核的相互作用发生核反应。在核反应堆内中子与原子核的相互作用发生核反应。核反应可以分为以下几种：核反应可以分为以下几种： （1）中子与原子核发生弹性散射（）中子与原子核

5、发生弹性散射（n，n） 中子与原子核碰撞后，把一部分动能交给原子核，而中子与原子核碰撞后，把一部分动能交给原子核，而本身能量减少；本身能量减少； （2）中子与原子核发生非弹性散射（）中子与原子核发生非弹性散射（n，n） 原子核俘获中子后处于不稳定状态，然后放出动能较原子核俘获中子后处于不稳定状态，然后放出动能较小的中子，但原子核仍处于激发态，把它多余的能量小的中子，但原子核仍处于激发态，把它多余的能量以以射线形式放出；射线形式放出；原子核物理基础原子核物理基础 （3）吸收中子放出）吸收中子放出射线（射线（n，） （4）吸收中子放出）吸收中子放出粒子（粒子（n，） （5）吸收中子放出质子（）吸收

6、中子放出质子（n，p） 11*10()AAAzZzXnXX HeYXnXAZAZAz4232*110)(10101745032( ,)B nLiBnLiHe 如如16161611618071( ,)O n pNOnNH 水水中中放放射射性性：原子核物理基础原子核物理基础 （6）吸收中子发生原子核裂变（）吸收中子发生原子核裂变（n，f） 一个重原子核分裂成两个（在少数情况下，可分裂成一个重原子核分裂成两个（在少数情况下，可分裂成三个或更多个）质量为同一量级的碎片的现象，通常三个或更多个）质量为同一量级的碎片的现象，通常伴随着发射中子及伴随着发射中子及射线，在少数情况下也发射轻带射线，在少数情况下

7、也发射轻带电粒子。电粒子。 121211*100()AAAAzZZZXnXXXNnQ 原子核物理基础原子核物理基础n中子核反应中子核反应：能与：能与相互相互作用而进行裂变的核素。作用而进行裂变的核素。：俘获中子后能直俘获中子后能直接或间接地转变为接或间接地转变为。：能进行裂变能进行裂变()的核素的核素。 233235239241UUPuPu、232238237ThUNp、原子核物理基础原子核物理基础n中子反应截面与核反应率中子反应截面与核反应率 为了定量说明核反应的几率大小，通常引进为了定量说明核反应的几率大小，通常引进“反应截面反应截面”的概念。如果某种物质受到中子的概念。如果某种物质受到中

8、子的作用，则发生特定核反应的几率取决于的作用，则发生特定核反应的几率取决于中子中子的数目和速度的数目和速度，以及这种物质中，以及这种物质中核的数目和性核的数目和性质质。 对于任一特定反应的靶核，对于任一特定反应的靶核，“截面截面”是是中子与中子与核相互作用概率的一种量度核相互作用概率的一种量度，它又是原子核和，它又是原子核和入射中子能量的一种特性。入射中子能量的一种特性。原子核物理基础原子核物理基础n中子反应截面与核反应率中子反应截面与核反应率微观截面微观截面 表示平均一个入射中子与单位面积靶上一个靶核发生表示平均一个入射中子与单位面积靶上一个靶核发生相互作用的几率大小相互作用的几率大小。它可

9、形象地想象为一个入射粒。它可形象地想象为一个入射粒子和靶核可以发生指定核反应的圆盘的有效面积子和靶核可以发生指定核反应的圆盘的有效面积(单单位为位为m2，有时用靶恩，有时用靶恩-10-28m2)。反应截面具有面积量。反应截面具有面积量纲，但不等于靶核的几何截面。纲，但不等于靶核的几何截面。 中子与物质的相互作用有中子与物质的相互作用有裂变、散射和吸收裂变、散射和吸收，所以微，所以微观截面可分为观截面可分为微观裂变截面（微观裂变截面（f）、微观散射截面）、微观散射截面（s）和微观吸收截面（）和微观吸收截面（a）。原子核物理基础原子核物理基础宏观截面宏观截面 一个中子与单位体积内原子核反应的平均几

10、率。一个中子与单位体积内原子核反应的平均几率。 宏观截面的物理意义：中子行走单位长度路程中与原宏观截面的物理意义：中子行走单位长度路程中与原子核发生核反应的几率。子核发生核反应的几率。 混合物、化合物：混合物、化合物：N 单位：单位：m-1 ,xi xi xi xiiN 原子核物理基础原子核物理基础n中子核反应率中子核反应率 中子密度：中子密度：每立方米内中子数；若中子速度为每立方米内中子数；若中子速度为v，则，则中子反应率为：中子反应率为： 中子通量：中子通量：Rnv nv 单位：单位：1/(m3s) 单位：单位：1/(m2s) R 原子核物理基础原子核物理基础n吸收截面随中子能量的变化规律

11、吸收截面随中子能量的变化规律 对于许多元素，特别是那些质量数较大的元素，考虑对于许多元素，特别是那些质量数较大的元素，考虑其吸收截面随中子能量的变化，可以发现存在着三个其吸收截面随中子能量的变化，可以发现存在着三个区域。区域。 （1）低能区）低能区 也称也称1/v吸收区，在这一区吸收截面随中子能量的增加吸收区，在这一区吸收截面随中子能量的增加而减小而减小，这时吸收截面与中子的关系为：，这时吸收截面与中子的关系为：11221212111()()annCCCEm vv 1/v定律也可表示为：定律也可表示为： 0.51220.5211ananEvvE 原子核物理基础原子核物理基础 （2）共振区）共振