第1章-核反应堆的核物理基础2014.ppt

* 长寿命高放废物： 在反应堆乏燃料中有些核素具有非常长的半衰期和很强的放射性，如次锕系元素237Np、241Am、243Am、244Cm等（Minor Actinide, MA，次锕系元素是指乏燃料中除铀和钚之外的锕系元素），以及裂变产物129I、99Tc、135Cs等(Fission Product, FP)。 长寿命高放废物处理问题，是目前核能发展中有待解决的重大问题之一。 ADS （Accelerator Driven System）、FDS (Fusion Driven System)、快堆等。 * 2. 裂变中子 裂变时放出的中子数与发生裂变的核素和入射中子能量有关。 工程计算中，每次裂变放出的平均中子数?(E)，由经验公式给出 * 瞬发中子：裂变反应时，99%的中子是在裂变的瞬间（10-14s）发射出来的，这部分中子叫瞬发中子。 裂变中子能谱?(E) ：用?(E)表示裂变中子份额随能量的分布 裂变中子平均能量: 2 MeV: 裂变中子：瞬发中子+缓发中子 * 缓发中子 裂变中子中有小于1%的中子（对于235U裂变约0.65%）是在裂变碎片衰变过程中发射出来的,这部分中子叫缓发中子 缓发中子先驱核 根据缓发中子特性，分为6组 缓发中子平均能量约 0.5 MeV （瞬发中子2 MeV） 缓发中子平均寿命：12.74 s （瞬发中子 10-4到10-3 s） 缓发中子对于反应堆的控制非常重要 * 链式裂变反应 + 自持 + 可控 =〉核裂变反应堆 当中子与裂变物质发生作用而发生核裂变反应时，裂变物质的原子核通常分裂为两个中等质量的核，与此同时还将平均产生两个以上新的裂变中子，并释放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当条件下，这些裂变中子又会引起其它裂变同位素的裂变，如此不断继续下去。这种反应过程称为链式裂变反应 如果每次裂变反应产生的中子数目大于引起核裂变所消耗的中子数目，那么一旦在少数的原子核中引起了裂变反应之后，就有可能不再依靠外界的作用而使裂变反应不断的进行下去 六、链式裂变反应 * 临界条件 有效增值因子Keff： 从中子的平衡关系来定义Keff： 临界条件： Keff=1: 临界系统, 稳态 Keff1：次临界系统，衰减 Keff1：超临界系统，增长 * 无限介质增值因子k?：无限大介质的增值因子,中子泄露损失为零，只与系统材料成分和结构有关。 不泄露概率?： 不泄露概率主要取决于反应堆芯部大小和几何形状，也和芯部成分相关。 临界时，由上式可得：k? ＞1。临界尺寸、临界质量 Keff=k? ? * 热中子反应堆内的中子循环 什么是热中子反应堆? 主要依靠热中子裂变反应来维持链式反应的反应堆称为热中子反应堆。 误解 热中子反应堆里的中子都是热中子… * 目前的商用核电站反应堆都是热中子反应堆 PWR BWR CANDU （加拿大） 石墨气冷堆 （英国） 石墨水冷堆 （俄罗斯） 所用核燃料为低富集度铀或天然铀，堆芯含有大量的铀238。 * 热中子反应堆内的中子循环 反应堆内中子数目的增减与平衡，主要取决于下列几个过程： 238U的快中子增殖 慢化过程中的共振吸收 慢化剂以及结构材料等物质的辐射俘获 燃料吸收热中子引起的裂变 中子的泄露：慢化过程中的泄露+热中子扩散过程中的泄露 * 描述热堆中子循环过程的六个参数（因子） 快中子增殖因子 ?（fast fission factor） 逃脱共振俘获概率 p (resonance escape probability) 热中子利用系数 f (thermal utilization factor) 有效裂变中子数? (neutron yield per absorption) 不泄露概率 ? (non-leakage probability) 慢化过程不泄露概率?s 扩散过程不泄露概率?d ?=?s ?d * 快中子增殖因子 ?（fast fission factor） 定义：由一个初始裂变中子所得到的，慢化到238U裂变阈能以下的平均中子数 初始裂变中子中，有约60%的中子能量在238U的裂变阈能（1.1MeV）以上，这些中子与238U作用，一部分能引起238U核裂变而产生快中子， 该过程为238U 快中子增殖效应 反映热堆中快中子对裂变的一点小贡献 ? ≈ 1.02 * 逃脱共振俘获概率 p (resonance escape probability) 定义: 在慢化过程中逃脱共振吸收的中子份额。 描述堆芯中U-238等重核的对中能中子的共振吸收现象对裂变的影响 p的近似计算（第二章） p ~ 0.87 * 热中子利用系数 f (thermal utilization factor) 定义：被燃料吸收的热中子数占被芯部中所有物质吸