反应堆物理分析重点

按中子能量的大小分为三类：快中子（E0.1MeV）;中能中子（1eVE0.1MeV）;热中子（E1eV）铀钚循环：238123992092UnU(,)238239239239929223min2.3ndUUNpPu钍铀循环：(,)232233233233909022min2.7ndThThPaU1611618071OnNH101745032BnLiHe2351236*2369209292[]UnUU宏观截面：N一个中子与单位体积内所有原子核发生核反应的平均概率大小。单位体积内的原子核数：001000NNNAM未反应概率：0()xIxeI平均自由程：1核反应率：R中子通量：n俘获-裂变比：f0.169中子产额：2.416多普勒效应或多普勒展宽：由于靶核的热运动随温度的增加而增强，所以这时共振峰的宽度随着温度的上升而增加，同时峰值截面也逐渐减少。23592U和一次裂变大约释放200MeV能量。裂变碎片的动能占据大部分能量。停堆后衰变余热。毒素：135Xe和149Sm。产额大，中子吸收截面大。缓发中子：裂变中子，还有1。。的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的中子。有效增值因数：k+eff产生率总消失（吸收泄露）率临界系统：链式裂变反应过程处于稳态状况。无限介质增值因数k不泄露概率：k=keff四因子公式：kpf：快中子增值因子p：逃脱共振俘获概率f：热中子利用系数：有效裂变种子数平均对数能降：223AA10慢化剂的选择:1、慢化剂应为轻元素。2、较大的平均对数能降3、较大的散射截面4、应具有小的吸收截面5、有较大的s值6、较大的慢化比7、工程角度：辐照稳定、价格混合物平均对数能降：__HHHOOOHHOONNNN硬化：热中子的平均能量和最概然能量都要比介质原子核的平均能量和最概然能量高。费米谱分布：无吸收介质在慢化区内慢化能谱近似服从1E分布。能量自屏效应：当中子截面呈共振峰形状时，在共振能量附近有很大的增大和剧变，这就导致中子通量密度急剧下降畸变，在iE附近中子通量密度()E出现很大凹陷。()nmammsTTkTCTnT：中子温度mT：介质温度单能中子扩散方程：21(,)(,)(,)(,)artSrtDrtrtt稳态单能中子扩散方程：2()(,)(,)0aSrDrr扩散方程的边界条件：1、在扩散方程适用的范围内，中子通量密度的数值必须是正的有限的事数2、在两种不同扩散性质的介质交界面上垂直分界面的中子流密度相等中子通量密度相等3、介质与真空交界的外表面上，根据物理上的要求，自真空返回介质的中子流等于零。直线外推距离：23trd扩散长度：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直线距离2aDL扩散长度愈大，则热中子字产生地点到被吸收地点所移动的直线平均距离也愈大，慢化长度：中子从产生地点在介质中运动被慢化到热能成为热中子是所穿行的直线距离20lnthELE徙动长度:中子产生到被吸收所移动的直线距离。2216MrM裸堆单群“临界条件”:12211kkLB2gB几何曲率圆柱体裸堆的中子通量密度：002.405(,)()cos()()cos()rrrzCJBrBzCJrZRH反应性：1kk=0临界反射层的作用：1、可以减少芯部中子的泄露，从而使得芯部的临界尺寸要比无反射层时小，这样可以节省一部分燃料2、提高反应堆的平均输出功率。如何选择反射层材料：1、散射截面大2、反射层材料的吸收截面要小3、要具有良好的慢化能力。反射层厚度很小，即rTL，反射层节省T反射层很厚时，即rTL反射层节省rL栅格的非均匀效应：在非均匀堆内，由于燃料的慢化能力比慢化剂小得多，裂变中子主要在慢化剂内慢化，因而，热中子主要在慢化剂内产生。另一方面由于燃料对热中子的吸收截面比慢化剂的大得多，热中子主要被燃料吸收，因此，形成从慢化剂流向燃料块的热中子流。快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蔽效应。另一方面，同样由于空间自屏效应燃料和吸收共振中子的能力也下降了，就是与慢化剂和碰撞的概率加大了。就减少了燃料对中子的共振吸收，使得非均匀堆的逃脱共振俘获概率增加，这是非均匀堆的一个主要优点。栅格几何参数的选择：1、当22HOUOVV增加时，一方面由于栅元的慢化能力增大，慢化过程中的共振吸收减少，即逃脱共振俘获概率增加，将使有效增值因数增加。从安全的角度要求，实际压水反应堆的栅格的22HOUOVV或HUNN的设计和运行的值必须选在k的极大值的左边，即欠慢化区。135Xe中毒：1、热中子吸收截面非常大，微观吸收面62.710b2、135Xe的裂变产额比较大，135Xe的总体产额可达到6%以上。3、135Xe来源分为直接来源和简介来源4、135Xe的消失分为吸收和裂变。()()IIIIIdNtNtdt()()()()XeXeXefIIXeaXedNtNtNtdt堆芯寿期：一个新装料堆芯从开始运行到有效增值因数降到1时，反应堆满功率运行的时间。三种控制方式：控制棒控制，可燃毒物控制，化学补偿控制。倍增时间：由于增殖，反应堆内易裂变同位素的数量比初始装载量增加一倍所需的时间。平均卸料燃耗深度：从反应堆卸下的一批燃料中，每个燃料组件的燃耗深度都不同，通常用它们的平均值来表示该批燃料的燃耗状态。燃料温度效应是瞬发的，负温度效应。慢化剂温度效应是缓发的温度系数，1、欠T慢化能力下降Pk负温度效应。2、过T吸收减少fk正温度效应。剩余反应性：没有任何控制毒物时的反应性。停堆深度：当全部控制毒物都投入堆芯反应堆所达到的负反应性。压水堆物理设计的基本准则之一，便是要保证温度系数必须为负值。反应性控制设计的主要任务：1、采用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，已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比较平坦的功率分布，使功率峰因子尽可能的小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、在反应堆出现事故时，能迅速安全地停堆，并保持适当的停堆深度。功率展平措施：1、芯部分区布置2、可燃毒物的合理布置3、采用化学补偿及部分长度控制棒控制以展平轴向通量分布。斐克扩散定律：分子从浓度大的地方向浓度小的地方扩散，并且分子扩散的速率与分子密度的梯度成正比。1、试求使中子能量有2MeV慢化到0.0253eV时分别所需的与H核、石墨核以及238U核的平均碰撞次数?解：中子的对数能降增量为12ln18.1856EuE由附录三得三种核的平均对数能降：1H0.158C0.0084U因此,18cHN,115cCN,2164cUN2、H和O在1000eV到1eV能量范围内的散射截面近似为常数，分别为20b和38b。计算2HO的以及在2HO中中子从1000eV慢化到1eV所需的平均碰撞次数。解：2HO：__HHHOOOHHOONNNN=22011380.120.5722038ln1000ln16.9120.57n3、无限平板源位于无限厚度介质内：无限均匀平板的中心有一源强为S的平面源，扩散方程：22()()0,0dxxxdxL边界条件：1、当,()0x2、中子源条件：0lim()2xSJx当x为正值时，通解为()xxLLxAeCe根据边界条件10x时，()0C=0x得()xLxAe根据边界条件20lim()2xSJx()1()xxLLdxDDAeAedxLLＪ(x)=-D00lim()lim2xLxxDSJxAeL得：2SLAD()2xLSLxeD4、设有如图所示的一维石墨慢化反应堆，221.06,300,2.8trkLcmcm。试求1、达到临界是反应堆的厚度H和中子通量密度的分布；2、设取Ｈ＝２５０ｃｍ，试求反应堆的有效增值因数effk。解：１根据12211kkLB的临界条件，求得临界时反应堆的几何曲率2gB应等于242211.0612.010300gkBcmL因而10.01414gBcm，另一方面根据有gBa，因而有222.20.01414gacmB由于外推距离0.71040.71042.82trdcm，因而求得临界时反应堆的厚度2222.24218.2Hadcm临界是中子通量密度分布为()cosxAxa２、若H=250cm，则反应堆的几何曲率2242()1.530102gBcmHd反应堆的有效增值因数等于2241.061.0135113001.5310effgkkLB5、有一轻水裸圆柱形堆芯，其核参数为：2224.7,48,9.7trLcmcmcm，加硼后1.072k。1、设芯部高度H=3.55m，试求堆芯的临界半径；2、如果给定堆芯半径R=1.56m，那么试求堆芯的反应性解：1、首先计算临界半径。已知芯部的外推距离0.71040.0689trdm，根据修正单群理论，有224'1.07212.405()()(484.7)103.5520.0689R求得'R=0.67m，因而临界半径R=0.67-0.0689=0.601m。2、如果给定R=1.56m，则几何曲率22242.405()()2.90103.5520.06891.560.0689gB因而有效增值因数2241.0721.0561152.72.9010effgkkMB而反应性1.05610.0541.056