反应堆工概论整理

第一章反应堆简介

1. 反应堆概念

核反应堆是利用易裂变物质使之发生可控自持链式裂变反应的一种装置。

2. 反应堆的用途

生产堆：专门用于生产易裂变或聚变物质的反应堆

实验堆：主要用于实验研究

动力堆：用于动力或直接发电的反应堆

3. 反应堆种类

按慢化剂和冷却剂可分为：轻水堆、重水堆、石墨气冷堆和钠冷快堆等

其中，动力堆的类型有压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(HWR)、气冷堆(HTGR)、快中子增殖堆(LMFBR、GCFR)

第二章核物理基础

1. 原子与原子核

92种天然元素和12种人工元素；原子核由质子和中子组成（H除外），质子和中子通称为核子，核子数即称质量数

2. 原子核的组成及属性(电、质量、尺寸)

原子核带正电，半径为1213

10~10cm

--，

其中质子带正电，质量为1u，中子不带电，质量为1u

3. 同位素及核素的表示符号

同位素是指质子数相同而中子数不同的元素，其化学性质相同，在元素周期表中占同

一个位置，丰度。例P有7种同位素，但每一种P均为一种核素。核素的表示A

Z

X。4. 原子核的能级状态，激发态

原子核内部的能量是量子化的，即非连续，可分为基态和激发态，激发态能级不稳定，易发生跃迁释放能量

5. 原子核的稳定性，衰变与衰变规律

一般而言，质子数和中子数大致相等时原子核是稳定的，而质子数与中子数差别很大时则原子核不稳定。

衰变：原子核自发地放射出α和β等粒子而发生的转变，常见的有β±衰变、α衰变、γ衰变等。对单个原子核而言，衰变是不确定的；对大量同类原子核而言，衰变是按指

数规律进行的，即

0e t

N Nλ-=

6. Alpha 、Beta 、Gamma 衰变

Alpha 衰变是指衰变过程中释放出α粒子（He 核，两个中子和两个质子组成）

Beta 衰变是指衰变过程中原子核释放出电子（正/负），内部一质子变为中子

Gamma 衰变是原子核从较高的激发态跃迁到较低的激发态或基态，释放出γ射线

7. 衰变常数、半衰期、平均寿命

一个原子核在某一小段时间间隔内发生衰变的几率即为衰变常数λ，其反应的是原子核本身特性，与外界条件无关。

原子核衰变一半所需的平均时间1/2T 称为半衰期，1/20.693T λ=

。

平均寿命τ是指核数降为原来1/e 所需的时间，1/τλ=

8. 放射性活度及其单位

放射性活度：一定量放射性物质（核素）单位时间内发生的核衰变数

国际单位是贝克勒尔Bq ，专用单位为居里Ci ；11011;1 3.710Bq s Ci Bq -==⨯

9. 原子核内核子间的作用力

原子核内核子间的作用力（核力）是短程力，与电荷无关，具有饱和性，且与核子的自旋态有关

10. 结合能与比结合能

自由核子组成原子核所释放的能量称为原子核的结合能，原子核平均每个核子的结合能称为比结合能

11. 质量亏损

原子核质量与各单个核子质量和的差值即称为质量亏损M ∆,2E Mc ∆=∆即为结合能

12. 裂变能与聚变能

重核裂变为若干中等核所释放的能量即为裂变能；

轻核结合成一个核过程中所释放的能量即为聚变能

13. 弹性散射

弹性散射：中子与靶核碰撞过程中，动能、动量守恒，靶核的能级状态没有改变的反

应。

碰撞后，中子的运动方向和能量都有所改变，中子从快中子到热中子的过程主要是依靠与轻核的弹性散射以损失能量实现

14. 非弹性散射

非弹性散射：类似于弹性散射，但是靶核的能级状态有所升高。常伴随靶核的γ衰变，高能中子与重核的散射反应主要是非弹性散射

15. 辐射俘获

中子辐射俘获：中子撞击靶核并被靶核吸收/俘获。

其用途主要有：实现反应堆的控制；实现不裂变材料的转化与增殖

16. 裂变反应，裂变临界能

裂变反应：中子撞击靶核，被靶核所吸收/俘获之后，靶核变成了两个碎片（其他物质的原子核），同时释放出2—3个中子和能量（结合能）

自然界中存在的物质只有235U 与中子作用可发生裂变反应；

易裂变核素，可裂变核素

17. 复合核模型

热中子反应堆内发生的核反应基本上都可以用复核模型来解释：入射粒子与靶核形成一个复核，且该复核处于激发态，之后复核衰变形成新核并放出其他粒子，其过程可以表示为：*a A B C c +→→+

18. 裂变产物

裂变产物有多种，由裂变产物的产额曲线可以看出，质量数在95和139附近的两种碎片的产额最大，而碎片质量相等时的概率很低，约0.01%

19. 剩余发热

裂变产物在稳定之前都伴随β、γ衰变，释放裂变热，这也就使得衰变热成为反应堆安全需要解决的问题。

20. 裂变能

每次裂变释放的能量约为200~210MeV ，其中裂变碎片动能占约85%，其他15%则是通过各种射线载带的

21. 微观截面与宏观截面

微观截面σ表示靶层中一个靶核与束内一个中子发生某类反应的几率，单位靶（b ）2421110b cm -=⨯,；dI INdx σ-=

宏观截面∑表示靶层内所有靶核与束内中子发生某类反应的几率，也可表示为在介质内的单位程长上中子与靶核发生某类反应的几率。N σ∑=

22. 瞬发中子与缓发中子

绝大部分中子是伴随着裂变而瞬时释放的，称为瞬发中子；

很少一部分中子是裂变后延时释放出来的，称为缓发中子，缓发中子虽份额不到1%，却是反应堆实现可控的关键

23. 裂变中子的数量与能量

每次裂变平均释放2~3个中子，平均能量为2MeV ；