核反应堆工程概论第三章.pdf

核能技术设计研究院 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 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 2 一、中子慢化 1.1、中子慢化的意义 1.2、慢化能力与慢化比 1.3、中子慢化能谱 3 1.1、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。 4 235U热中子裂变时裂变中子能谱 5 1.2、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，对应的能量为0.0253eV。 6 T ＝300K时的麦克斯韦－波尔兹曼分布 m 3/ 2 2 −mv2 / 2kT ( ) 4π( ) N v v e 2πkT 7 热中子能谱的“硬化”和中子温度 m 3/ 2 2 −mv2 / 2kT ( ) 4π( ) N v v e 2πkT