第6讲 慢化与反射材料.ppt

慢化剂材料与反射层材料 ;衡量慢化性能的物理量;1) 能量对数减缩(或称勒) 每次碰撞后，中子被慢化的程度，是中子基准能量E0(式中为Ef)与碰撞后中子能量E(Et)之比的自然对数值。将中子碰撞前后能量的变化值用一个无量纲的对数U来表示，称此为能量对数减缩或称为勒，即 U=ln(E0/E)(即E＝E0 e－U) 式中E0为裂变中子的初始能量，常用2MeV或10MeV作其基准值，E为每一次碰撞后的能量，即图11－20中的每条垂直线。由图及式看出，E减少，对数能降U增加，即二者变化相反。因此，表示勒大小的式是表示中子慢化程度的度量。;2)平均对数能降ξ值 ξ值是中子慢化过程中的一个重要参量。它的数学含义是每次碰撞的中子能量对数减缩的平均变化值，即 上式包含了所有碰撞的lnE1－lnE2的平均值，其中E1只是碰撞前的中子能量，E2为碰撞后的中子能量。因E减小、U增大，为了沟通ξ值与靶原子的关系，用ρ(E2)dE2表示碰撞后，中子散射在 E2和 E2＋dE2能量区间的概率，而散射后能量在αE1和E1之间，因此上式可表示为;式中积分上限中的a=[(A-1)/(A+1)]2, A=慢化剂质量M/中子质量m。 经过积分变换： 当A10时可近似为： ξ=2/(A+2/3) 说明平均对数能降ξ值只和靶核质量数A有关，而与中子能量无关。这就使ξ成为计算慢化特性的非常有用的量 。 (1) 质量愈轻的元素，ξ值愈大，即△U差值愈大，这表明碰撞后的中子剩余能量愈小， 即每次散射平均损失的中子动能多，也就是说质量轻的元素，中子慢化效果好，它可减少快中子慢化到热中子时的碰撞次数。;(2) ξ值大对提高慢化能力和慢化比有利，而这两个值是判断慢化剂优劣的重要判据； (3) 若N为平均慢化碰撞次数，则 N=ln(E1/E2)/ ξ。平均能量2MeV的快中子慢化为0.025eV热中子的平均碰撞次数为N=18.2/ ξ 慢化材料ξ值的物理意义是：每次散射碰撞，平均损失的中子动能。;3)慢化能力(ξΣs) 它是介质的宏观散射截面与中子平均对数能降ξ的乘积。从中子慢化角度来看，除慢化剂应为轻元素外，还应具有大的平均对数能降ξ值和大的宏观散射截面Σs ，否则，仅ξ值大而中子与靶核发生散射碰撞概率小，中子能量降低也少。所以把ξΣs叫做馒化剂的慢???能力。慢化能力大，表明中子慢化长度(行程)短，泄漏的中子少。因此装入堆芯的慢化剂体积可以小一些。; 4)慢化比( ξΣs/ Σa) 慢化比是慢化剂的慢化能力与其宏观吸收截面之比。意即作为慢化剂，希望它的慢化能力要大，但宏观吸收截面Σa也要小。否则，将会有较多被慢化的中子，在燃料吸收之前就被慢化剂吸收掉了。因此慢化比是表征慢化剂优劣的一个重要物理参数。 重水的慢化比最大，慢化能力居第二，所以具有良好的慢化性能，但价格贵；水的慢化能力ξΣs值最大，故用水作慢化剂的反应堆，具有较小的堆芯体积。但水的吸收截面较大，消耗中子多，故需用浓缩铀作燃料；石墨的慢化比也较大，慢化性能较好，但它的慢化能力小，慢化长度大，因而石墨堆一般具有较大的体积。 ;慢化材料的性能要求;轻水和重水;石墨;石墨的辐照损伤;铍;氧化铍;氢化物;氢化物应具备的性能