1、核反应堆 物理分析笔记 第一章 核反应堆的核物理基础 直接相互作用：入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞，使其从核里发射出来，而中子却留在了靶核内的核反应。 中子的散射：散射是使中于慢化 (即使中子的动能减小 )的主要核反应过程。 非弹性散射：中子首先被靶核吸收而形成处于激发态的复合核，然后靶核通过放出中子并发射射线而返回基态。 弹性散射：分为共振弹性散射和势散射。 微观截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率，或表示一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概率。 宏观截面：表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。也是一个中子穿行单位距离与
2、核发生相互作用的概率大小的一种度量。 平均自由程：中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。 核反应率：每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数 (统计平均值 )。 中子通量密度：某点处中子密度与相应的中子速度的乘积，表示单位体积内所有中 子在单位时间内穿行距离的总和。 多普勒效应：由于靶核的热运动随温度的增加而增加，所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加，同时峰值也逐渐减小，这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。 瞬发中子和缓发中子：裂变中， 99以上的中子是在裂变的瞬间 (约 10-14s)发射出来的，把这些中子叫瞬发中子；裂变中子中，还有小
3、于 1的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的，把这些中子叫缓发中。 第二章 中子慢化和慢化能谱 慢化时间：裂变中子能量由裂变能慢化到热能所需要的平均时间。 扩散时间：无限介质内热中子在自产生至被俘获以 前所经过的平均时间。 平均寿命：在反应堆动力学计算中往往需要用到快中子自裂变产生到慢化成为热中子，直至最后被俘获的平均时间，称为中子的平均寿命。 慢化密度：在 r 处每秒每单位体积内慢化到能量 E 以下的中子数。 分界能或缝合能：通常把某个分界能量 Ec 以下的中子称为热中子， Ec 称为分界能或缝合能。 第三章 中子扩散理论 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
4、方向为 的单位立体角内的中子数目。 慢化长度：中子从慢化成为热中子处到被吸收为止在介质中运动所穿行的直线距离。 徙 动长度：快中子从源点产生到变为热中子而被吸收时所穿行的直线距离为 rM。 第四章 均匀反应堆的临界理论 反射层的作用： 1.减少芯部中子泄漏，从而使得芯部的临界尺寸要比无反射层时的小，节省一部分燃料； 2.提高反应堆的平均输出功率。 反射层材料选取： 1.散射截面大 2.吸收截面小 3.良好的慢化能力 功率分布展平： 1.芯部分区布置； 2.可燃毒物的合理布置； 3.采用化学补偿剂及部分长度控制棒以展平轴向通量分布。 第五章 栅格的非均匀效应与均匀化群常数的计算 空间自屏效应：热
5、中子进入燃料块后，首先为块 外层的燃料核所吸收，造成燃料块内部的热中子通量密度比外层的要低，结果使燃科块里层的燃料核未能充分有效地吸收热中子，就是说，块外层燃料核对里层燃料核起了屏蔽作用，通常把这种现象叫做空间自屏效应。 第六章 反应性随时间的变化 慢饱和裂变产物（ SSFP）：吸收截面相对较大，浓度随运行时间的增加而缓慢的趋于饱和的； 非饱和裂变产物（ NSFP）：截面很小，达不到饱和。 裂变产物中毒：由于裂变产物的存在，吸收中子而引起的反应性变化。 堆芯寿期：一个新装料堆芯从开始运行到有效增值系数降到 1 时，反应堆满功率运行的时间。 转换比：反应堆中每消耗一个易裂变材料原子所产生新的易裂
6、变材料的原子数 第七章 温度效应与反应性控制 反应性系数：反应堆的反应性相对于反应堆的某个参数的变化率成为该参数的反应性系数。 反应性温度系数：单位温度变化引起的反应性变化。 燃料温度系数：由单位燃料温度变化所引起的反应性变化。 慢化剂温度系数：由单位慢化剂温度变化所引起的反应性变化。 空泡系数：在反应堆中，冷却剂的空泡份额变化百分之一所引起的反应性变化。 功率反应性系数：单位功率变化所引起的反应性变化。 功率亏损：从零功率变化到满功率时反应性的变化。 剩余反应性：堆芯中没有任何控制毒物时的反应性。 控制毒物：控制毒物是指反应推中用于反应性控制的各种中子吸收体。 控制毒物价值：某一控制毒构投入
7、避芯所引起的反应性变化量称为该控制毒物的反肢性或价值。 停堆深度：当全部控制毒物都投入堆芯时，反应维所达到的负反应性。 反应性控制的任务 1.采取各种切实有效的控制方式，在确保安全的前提下，控制反应堆的剩余反应性，以满足反应堆长期运行的需要； 2.通过控制毒物适当的空间布置和最佳的提棒程序，使反应堆在整个堆芯寿期内保持较乎坦的功率分布，使功率蜂因子尽可能地小； 3.在外界负荷变化时，能调节反应堆功率，使它能适应外界负荷变化； 4.在反应维出现事故时能迅速安全地停堆，并保持适当的停堆深度。 反应堆控制分类 1.紧急控制：当反应堆需要紧急停堆时，反应堆的控制系统能迅速引入一个大的负反应性，快速停堆
8、，并达到一定的停堆深度。要求有极高的可靠性。 2.功率调节：当外界负荷或堆芯温度发生变化时，引入一个适当的反应性，以满足反应堆功率调节的需要。要求既简单又灵活。 3.补偿控制：反应堆的初始剩余反应性比较大，因而在堆芯寿期初，在堆芯中必须引入较多的控制毒物。但随着反应堆运行，剩 余反应性不断减小。为了保持反应堆临界，必须逐渐地从堆芯中移出控制毒物。 反应性控制方式 1.改变堆内种子吸收 2.改变中子慢化性能 3.改变燃料的含量 4.改变中子泄漏 目前反应堆采用的反应性控制方式： 控制棒控制；固体可燃毒物控制；化学补偿控制。 控制棒控制 ： 控制棒控制反应性的快速变化： 1.燃料的多普勒效应； 2
9、.慢化剂的温度效应和空泡效应； 3.变工况时，瞬态氙效应； 4.硼冲稀效应； 5.热态停堆深度。 控制棒材料要求： 1.具有很大的中子吸收截面； 2.要求控制棒材料有较长的寿命； 3.要求控制棒材料具有抗辐照、抗腐蚀和良好的机械性能，价格便宜。 控制棒价值 ： 控制棒积分价值：当控制棒从一初始参考位置插入到某一高度时，所引入的反应性。 控制棒积分价值：控制棒在堆芯不同高度处移动单位距离所引起的反应性变化。 控制棒之间的干涉效应：当一根控制棒插入堆芯后将引起堆芯中中子通量密度分布的畸变，势必会影响其它控制棒的价值。这种现象称之为控制棒间的相互干涉效应。 可燃毒物控制 ： 可燃毒物材料的要求： 1
10、.具有比较大的吸收截面； 2.要求由于消耗了可燃毒物而释放出开的 反应性基本上要与堆芯中由于燃料燃耗所减少的剩余反应性相等； 3.在吸收中子后，它的产物的吸收截面要尽可能地小； 4.在维芯寿期末，可燃毒物的残余量应尽可能少； 5.要求可燃毒物及其结构材料应具有良好的机械性能。 非均匀布置：非均匀布置的主要特点是在可燃毒物中形成了强的自屏效应，使可燃毒物的有效吸收截面减小。 化学补偿控制 ： 在一回路冷却剂中加入可溶性化学毒物，以代替补偿滓的作用，因此称为化学补偿控制，简称化控。 对化学毒物的要求： 1.能溶解于冷却刑中，化学性质和物理性质稳定； 2.具有较大的吸收截面； 3.对堆芯结构部件无腐
11、蚀性且不吸附在部件上。 化控主要用来补偿的反应性： 1.反应堆从冷态到热态 (零功串 )时，慢化剂温度效应所引起的反应性变化； 2.裂变同位素燃耗和长寿命裂变产物积累所引起的反应性变化； 3.平衡员和平衡锣所引起的反应性变化。 化控的优点： 1.化学补偿毒物在堆芯中分布比较均匀； 2.化控不但不引起堆芯功率分布的畸变，而且与燃料分区相配合，能降低功率峰因子，提高平均功率密度； 3.化控中的硼浓度可以根据运行需要来调节，而固体可燃毒物是不可调节的；化控不占栅格位置不需要驱动机构，可以简化反应堆的结构，提高反应堆的经济性。 化控的缺点：主要缺点是水中硼浓度的大小对慢化剂温度系数有显著的影响，当水中的硼浓度超过某一值时，有可能使侵化剂温度系数出现正值。 硼微分价值：堆芯冷却剂中单位硼浓度变化所引起的堆芯反应性的变化量。 临界硼浓度：随着反应堆的运行，堆芯中反应性逐渐地减小，所以必须不断的降低硼浓度，使堆芯保持在临界状态。这时的硼浓度称为临界硼浓度。 第八章 核反应堆动力学 反应堆周期： 反应堆内中子密度变化 e 倍所需要的时间，也称为反应堆时间常数。 倍周期（倍增周期 ）：堆内中子通量密度增长一倍所需的时间。
