核反应堆工程概论第3章.ppt

第三章:中子的慢化、扩散与 反应堆临界理论
核反应堆工程概论
2
第三章:中子的慢化、扩散与 反应堆临界理论
一、中子慢化
二、中子扩散理论
三、反应堆临界理论
四、工程因素
3
一、中子慢化
、中子慢化的意义
、慢化能力与慢化比
、中子慢化能谱
4
、中子慢化的意义
235U是自然界存在的唯一易裂变物质,低能中子-即热中子(能量远低于1eV)-更容易引发235U的裂变。快中子堆以Pu为主要核燃料,Pu主要也先从热中子堆中获得。因此热中子堆是反应堆最初发展的主要方向。
裂变释放出的中子为快中子(平均能量约2MeV),所以在热中子堆中,要把快中子变成热中子,让热中子去引发裂变。快中子变成热中子即是损失能量的过程,这一过程称之为“中子慢化”。中子慢化主要依靠中子与轻核物质-慢化剂-之间的弹性散射,当然重核的非弹性散射也有慢化的作用,但对热中子堆来说,这一作用很小。
5
235U热中子裂变时裂变中子能谱
6
、慢化能力与慢化比
中子慢化可以进行到什么程度呢?
当中子运动速度比靶核运动速度高很多时,中子与靶核碰撞总要损失能量,实现慢化。但当中子运动速度与靶核相当时,中子与靶核碰撞可能损失能量,也可能获得能量,这时不再是慢化,称之为“热化”。中子热化过程实际上是与介质的原子核达到热运动平衡的过程。与靶核达到热平衡的中子的飞行速度满足麦克斯韦分布。室温情况下,最可几速率为2200m/s,。
7
T=300K时的麦克斯韦-波尔兹曼分布
8
热中子能谱的“硬化”和中子温度
9
慢化时间、扩散时间和热中子平均寿命
10
、慢化能力与慢化比
考虑中子与静止靶核之间的碰撞,碰撞一次以后能量变为:
E’= E [ (1+α) + (1-α) cosθ]/2
式中, E:碰撞前中子的能量
E’:碰撞后中子的能量
α:[(A-1)/(A +1)]2 ,A是靶核的质量数, 0 ≤α≤ 1
θ:质心系观察到的散射角