华电 核工程导论 1到3.ppt

第二章 核辐射物理与核反应 2.2 放射性 原子核自发放出某种粒子的性质 指数衰减 dN/N=-λdt 半衰期 锕系核素(超铀元素)：其半衰期长至万年，放射性强度也高。在核反应堆的乏燃料（使用之后的燃料）中有一些这样的核素被称为长寿期高放射性废物，它们的处置是核电发展的挑战。 αβγ 衰变 α: He-4粒子 β: 正电子\负电子+ν(中微子) 轨道电子俘获 γ: 原子核内放射出的一种具有能量的γ光子/电中性微粒子,具有粒子性和波动性, 原子核由高能态向低能态的跃迁 2.3 原子核反应 A + a = B + b A 靶核 a 入射粒子: α p n d γ 核反应能 核反应阈能 核反应截面：核反应几率大小的量 核反应的发生需要一定的条件，如温度、压力、入射粒子能量，同时，即使满足条件，也不是百分百发生的，还有发生概率大小的问题。表示核反应几率大小的量称为核反应截面。 2.5 中子 中子是核反应堆中引起核反应的入射粒子 中子能量 0-1Kev 慢中子 100Kev-10Mev 快中子 0.025ev 热中子 热中子使U235发生裂变反应的几率最大 中子源： 核反应(Ra-Be)、反应堆、加速器 锎 中子源 中子和其它原子核相互作用表现为以下三种形式： 散射：中子与其它原子核发生弹性或非弹性碰撞，改变能量和方向的过程。中子与轻水、重水和石墨易于发生散射，其结果使其能量降下来，所以这三种物质在核反应堆中常用作中子慢化剂。 俘获（吸收）：中子被其它原子核吸收，使其转变成新核素的过程，在核反应堆中，大量中子能被U238吸收，也有部分被冷却剂（如水）、结构材料吸收，使其具有放射性（该过程称为活化）。 U238共振吸收 多谱勒效应 裂变（吸收的特殊形式）：某些重核（如U235）吸收中子后形成的新核不稳定，立刻分裂成两个中等质量的核，并放出中子的过程。 泄漏 2.5 核聚变 第三章 核反应堆物理基础与核反应堆分类 3.1核裂变反应 自发裂变 诱发裂变 易裂变核素　　　　　　　　　　 与各种能量中子作用， 　　　　　　　与热中子（Ｅ＜１ｅｖ）作用几率最高 可裂变核素　　　　　　　　 与高能中子作用，几率低 纯天然Ｕ： 　0.715%　 　99%,低浓缩：　 2-3%,高浓缩： 90% U235 中子 中子 中子 缓发中子 重裂变碎片 轻裂变碎片 ?射线 ?射线 ?射线 ?射线 ?射线 核裂变反应示意图 　　　　慢化剂（重水、石墨、轻水） 冷 却 剂 轻水 重水 氦气 热中子(E1ev)　　　　放射性、余热　　　各种能量 冷 却 剂 液钠 氦气 快中子（Ｅ0.１Mｅｖ） 　　　 每个铀-235原子核的裂变会放出约200兆电子伏特的能量（相当于3.2?10-11J）。这个能量看似很小，但由于每克铀-235中含有大量的铀-235原子，当其全部发生裂变时可放出接近1MWd的能量（一个30万KW电功率的核电厂，每天仅消耗约1.1Kg铀-235）。 但是铀-235原子核能够发生裂变反应并不意味着我们就能够利用核能，核能能够被利用还因为铀-235原子核在发生裂变时还同时放出2～3个中子（平均2.43个），这使我们看到了利用一种自持式“链式反应”来维持连续的裂变反应的方式。 3.2 核反应的控制 核反应堆是裂变反应发生的地方,发生核反应的关键是具有一定能量的中子。 我们关注核反应堆中 的中子在两个方面： 1 单位时间单位空间运动中子的数量 ——决定每时每刻核反应的次数——反应堆功率 2 中子数量的变化——决定核反应次数的减少、持续还是 增加 核反应的控制：　　　控制中子的数量 中子通量密度（中子注量）　：单位时间穿过单位面积的中子数， 　　　　　　　　　　　　　　决定反应堆的功率水平 中子增殖系数 反应性 使中子数增加的过程称为引入正反应性 使中子数减少的过程称为引入负反应性 使反应性变化的因素 反应堆 控制方式 －堆芯的温度变化、冷却剂的汽化（空泡） －裂变产物中的中子吸收物生成（碘、Xe\Sm） －投入或取出中子吸收物质（硼、银－铟－镉） 固体：控制棒（碳化硼、银－铟－镉）的插入和提升 液体：冷却剂中硼酸的浓度调节 3.3 临界尺寸与中子通量密度分布