核反应堆物理期末重点

1、在热中子反应堆中为什么要使用慢化剂？慢化剂的工作原理是什么？并举出几种常用

的慢化剂。

①反应堆内产生的中子能量相当高，其平均值约为2MeV；而微观裂变截面在热能区较大，

热中子反应堆内的裂变反应基本上都是发生在这一能区，所以在热中子反应堆中使用慢化剂。

②在热中子反应堆中，慢化过程中弹性散射起主要作用，因为裂变中子经过与慢化剂和其

他材料核的几次碰撞，中子能量便很快降低到非弹性散射的阈能一下，这是中子的慢化主要靠中子与慢化剂核的弹性散射进行。

③水、重水、石墨等。

2、缓发中子是如何产生的？在反应堆动力学分析计算中，份额不足1%的缓发中子与份额

超过99%的瞬发中子相比是否可以忽略不计？为什么？

①缓发中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的，占裂变中子的不到1%

②缓发中子不可以忽略不计

③缓发中子份额虽然很少，但它的发射时间较长，缓发效应大大增加了两代中子之间的平

均时间间隔，从而滞缓了中子密度的变化率。反应堆的控制实际上正是利用了缓发中子的作用才得以实现的。

3、解释碘坑现象和强迫停堆时间。船用反应堆要求不能出现强迫停堆现象，请问在设计上

应如何考虑。

①刚停堆时，135Xe不再吸收中子消失，而一段时间内，135I衰变成135Xe的速率高

于135Xe的衰变速率，因此135Xe核密度随着时间增长，即毒性随时间上升；但在9-10小时后，堆内135I浓度已明显降低，氙的生成速率低于衰变速率，所以毒性随时间降低，这种现象称为碘坑现象。

②在碘坑时间内，若剩余反应性小于或等于0，则反应堆无法启动，这段时间称为强

迫停堆时间。

③船用反应堆要求不能出现强迫停堆现象，在设计上应留有足够的后备反应性，按照

最大氙中毒设计。

4、为什么沸水堆中控制棒是从底部插入堆芯的？

沸水堆中水密度在高度方向上变化非常剧烈，堆芯下部的水密度要远高于堆芯上部的水密度，故堆芯的下部中子通量密度要比上部大，控制棒由下向上插入可以提高控制棒的效率，同时还可以展平轴向功率。

5、如何保证压水堆慢化剂温度系数为负值？举例说明负温度系数对反应堆安全运行作用。

①为了保证慢化剂温度系数为负值，设计时要注意水铀比，保证处于欠慢化区；运时

要注意控制硼浓度不要超过最大值。

②例如，由于误操作或其他原因，在运行过程中控制棒突然上提了一段，致使k突然

上升，这时中子通量密度将骤然增加，温度也将突然上升，若反应堆具有负温度系数，则随着温度升高，k值将变小，从而使中子通量密度下降，有自动降温以利于安全的趋势。

6、反应堆堆芯燃料管理的主要任务是什么？

反应堆堆芯燃料管理的主要任务是在满足电力系统能量需求和在电厂设计规范和安全的要求下，为电厂的运行循环做出其经济安全运行的全部决策。主要包括下列变量的确定：新燃料的富集度，批料数或一批换料量，循环长度，循环功率水平，燃料组件装载方案，控制毒物的布置和控制方案。

7、简述热中子反应堆中子循环过程，并写出四因子公式。

①一代热裂变中子，由于238U的快裂变，中子数增加到ε倍。这些快中子有一部分

泄露出堆外，留在堆内的中子在慢化过程中经过共振能区，又被吸收了一部分。热中子也会有一部分泄露出堆外，留在堆内的热中子，一部分被燃料吸收，一部分被结构材料、慢化剂吸收。被燃料吸收的中子一部分发生辐射俘获反应，一部分发生裂变反应，生成新的裂变中子。

②四因子公式K∞=εpfη，其中ε为快中子增殖系数；p为逃脱共振吸收率；f为热中

子利用系数；η为热中子裂变因数。

8、为什么反应堆温度变化后，反应性会发生改变？

①燃料温度升高时由于多普勒效应，将使共振峰展宽，共振吸收中的“能量自屏现象”

和“空间自屏”效应都将减弱，从而使有效共振积分增加，逃脱共振吸收概率减小，有效增殖因子下降。

②慢化剂温度升高时，慢化剂密度减小，慢化剂相对燃料的有害吸收将减小，使有效

增殖因子增大，同时是慢化剂的慢化能力减小，因而共振吸收增加，有效增殖因子下降。

9、分别说明内-外、外-内装料方案的布置方式及其优缺点。

①内-外装料方案中，芯部自馁向外分为三区，新料装在堆芯最内区，少过一个循环的

燃料组件布置在中间区，最外区布置烧过两个循环的燃料。优点：燃料燃耗比较均匀，中子泄露损失小；缺点：寿期初功率峰因子大，限制功率输出。

②外-内装料方案中，新燃料在最外区，烧过一个循环的布置在中间区，最内区布置烧

过两个循环的燃料。优点：展平堆芯中子通量密度分布，功率峰因子下降；缺点：泄露损失大，循环长度缩短。

10、大型压水堆中通常采取哪些方法来控制反应性？为什么？

①控制棒，可燃毒物，化学控制剂

②控制棒采用对中子吸收截面大的物质制成，可以快速有效地改变反应堆内的反应性；

采用化学控制剂，如将对中子吸收截面大的硼溶解在慢化剂中来控制反应性，这样可以使反应堆的反应性变化比较均匀，但调节过程缓慢；采用可燃毒物，可以减少控制棒的数量和水中的硼浓度，如硼是利用硼“燃耗”较快的特点，从而使可燃毒物管的中子吸收能力随反应堆燃耗加深而明显降低，这种补偿不需外部控制，是自动进行的。

11、反应堆可以在任意功率水平下达到临界状态，这一说法是否正确，为什么？

正确。因为临界状态是指反应堆内中子的生灭到达一种平衡状态，而与反应堆的功率水平无关，如不考虑热工条件，从理论上讲，反应堆可以在任意功率水平下达到临界状态。

1、设在无限大非增值的扩散介质内有一个点源，源强为S中子每秒，各项同性地在介质内

扩散而达到稳定状态，请列出单速中子扩散方程并给出边界条件。

条件：1在扩散方程成立区域内，中子通量密度必须是个非负实数，处处有界；

2在扩散性质不同的介质交界面附近，两侧的中子通量密度以及中子流密度矢量在界面上的法向分量必须相等；

3在介质与真空交界面上，边界条件为：在无物理边界以外的外堆边界上，通量密度为0。求控制棒位置方法。以中子计数的倒数为纵坐标，控制棒的的位置为横坐标，求纵坐标为零处的位置。微观截面：一个中子和一个靶核发生反应的几率。

宏观截面：一个中子和单位体积靶核发生反应的几率。

停堆周期：全部无控制毒物都投入反应堆内时所具有的反应性。

堆芯寿期：一个新装料堆芯从开始运行到有效增殖因数降到1时，反应堆满功率运行的时间。反应堆周期：反应堆内平均中子密度变化e倍所需的时间。