2-中子慢化和扩散解析

燃料吸收的热中子数 f 被吸收的热中子总数
f
10
a5 a8 a 5 a 8 aM
3.中子循环：
4.热中子裂变过程：燃料吸收了热中子，很大可能要发生裂变，但也有较小的 可能不发生裂变，例如铀－235吸收一个热中子后也可能发生（n，r）反应。故 燃料每吸收一个热中子引起裂变的概率是 f / a ，其中分子分母分别是燃料的裂 变和吸收截面。 我们定义一个称为有效裂变中子数的因子来反映这种影响。它的定义是：燃料 每吸收一个热中子所产生的平均裂变中子数。它的记号是η。
3.中子循环：
中子的消失方式
第一节 中子循环
燃料吸收后裂变放出中子
吸收 中子
堆内消失 非裂变材料吸收后不放出中子
泄漏（发生散射离开堆芯，堆外消失） 反应堆内中子的数目的增减与平衡，主 要取决于下列几种过程 （1）铀-238的快中子增殖；
（2）燃料吸收热中子引起的裂变；
（3）慢化剂以及结构材料等物质的 辐射俘获； （4）慢化过程中的共振吸收； （5）中子的泄漏。包括： （i）慢化过程中的泄漏；
充中子的情况下，能持续一代一代地发展下去，这样的链式反应称为 自持链式反应。
反应堆内的链式反应有几种情况？ 怎样才能持续进行裂变反应呢？
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第一节 中子循环 2.三种链式反应：
可自持 链式反应 不可自持 临界状态 超临界状态 次临界状态
宏观情形
可以实现自持：
（1）维持系统内中子数不变，即稳定自持链式反应，这种情况下每次核裂变 产生的中子中正好有一个中子再引起一个核裂变，系统中子数保持不变，单 位时间内裂变数也不变；（临界状态） （2）系统内中子不断增加，每次裂变产生的中子，有一个以上的中子再引起 新的核裂变，系统内裂变率随时间不断增加，系统内中子数亦不断增多； （超临界状态） 无法实现自持： （3）系统内中子不断减少，每次核裂变产生的中子，只有少于一个中子再引 起核裂变，系统的裂变率随时间而减少，系统的中子数随时间增加而减少。 （次临界状态）
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（ii）热中子扩散过程中的泄漏；
3.中子循环： 中子的长征路
1.首先是快中子倍增过程：部分裂变中子由于能量较高（高于铀－238的裂变 阈能）可引起一些铀－238核裂变。这一过程可用一个称为快中子倍增系数ε的 量来描述。 快中子倍增系数ε的定义是：由一个初始裂变中子所得到的、慢化到铀－238裂 变阈能以下的平均中子数（仍是快中子）。
第2章 中子慢化和扩散
中子与散射核碰撞而降低能量的过程称为中子
的慢化过程。显然，对于热中子反应堆而言， 慢化过程是一个非常重要的物理过程。 处于与周围介质同样温度的热中子在系统中要 进行扩散。同样，扩散过程也是一个非常重要 的物理过程。 本章首先介绍热中子反应堆内的中子循环和链 式裂变反应产生的条件。其次介绍中子的慢化 过程和扩散过程的特点以及对反应堆内的链式 裂变反应起着的重要作用。
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第一节 中子循环
3.中子循环： 反应堆堆芯－中子生存的家园
堆芯组成：热堆的堆芯是由核燃料、慢化剂、冷却剂，控制棒及各种结构材
料组成。 堆芯的空间：压水堆堆芯约1－2米直径，高23米。压力壳内径4米，高为13米，厚为0.2米。5Biblioteka .中子循环：第一节 中子循环
中子循环: 就是指裂变中子经过慢化成为热中子、热中子击中燃料核引发裂


5 f 5
a 5 a8
5 f 5 N 5 ( f 5 5 ) N 5 8 N 8
N8 N5
5 f 5 f 5 5 8
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中子循环过程
U-235裂变产生n个初始中子
100个中子 倍增出5个中子， 共有103个
快中子 倍增过程

热中子和快中子引起裂 变所产生的快中子总数 仅由热中子裂变所产生 的快中子数
慢化到 1.1MeV以下的快中子数 仅由热中子裂变所产生 的快中子数
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3.中子循环： 中子的长征路
2.快中子在慢化过程中： 1）要经过共振能区（1～1000电子伏），而U-238在该能区有许多共振峰。因 此当中子慢化到该能区时，必然有一部分中子被吸收（一般称为共振吸收）而 损失掉，可以用一个称为逃脱共振几率的因子来描述这种过程。 逃脱共振几率p的定义是慢化过程中逃脱共振吸收的中子所占的份额。 2）快中子慢化过程中都有一部分中子会泄出堆外。 快中子不泄漏几率PF:快中子没有泄漏出堆芯的几率（份额）。
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第二章 中子的慢化、扩散
引 言
一个中子如何渡过从出生到消亡的短暂生命？ 反应堆如何实现自持链式裂变反应？
裂变产生的中子如何慢化到热中子？
反应堆中热中子的扩散规律？ 慢化年龄 (慢化长度 )、扩散长度和徙动面积 (徙动长度）
的概念？
1）平均或统计的原则；
2）平衡的思想
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第一节 中子循环 1.自持链式反应：反应堆系统内发生的裂变反应在不依靠外界补
U-238阈能吸收，倍增
微观情形
慢化到 U-238 裂变阈能以 下的平均中子nε个
ε＝1.03 泄漏2个,还有101 PF=101/103=0.981 p=96/101=0.950
慢化过程
变又放出裂变中子这一不断循环的过程。
微观情形
堆芯中裂变产生的中子要在堆芯空间 里四处迁移，随着和堆芯内的燃料、 慢化剂、冷却剂，结构材料等不断发
生各种作用（反应），期间中子可能
引发燃料裂变产生下一代中子，也可 能被非裂变材料吸收，也可能泄漏出
堆芯等。中子就是在堆芯这样装有各
种不同材料的空间里循环。
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3.中子循环：
3.热中子扩散过程： 1）热中子扩散过程中都有一部分中子会泄出堆外。定义热中子不泄漏几率这两 个量PT来加以描述。 热中子不泄漏几率PT:热中子在扩散过程中没有泄漏出堆芯的几率（份额）。 2）逃脱了共振吸收的中子被慢化成热中子，热中子在扩散过程中被堆芯的各种 材料吸收，其中一部分被核燃料吸收。我们定义一个称为热中子利用系数的因 子来描述被核燃料吸收的热中子所占的份额。 热中子利用系数记为f： f= （燃料吸收的热中子数） / （被吸收的全部热中子数分母中包括被燃料、慢 化剂、冷却剂和结构材料等所有物质吸收的热中子数）。