2022年核反应堆工程复习参考题

1、核反响堆工程复习参考题1、压水堆与沸水堆的主要区分是什么？沸水堆承受一个回路，压水堆有两个回路；沸水堆由于堆芯顶部要安装汽水分别器等设备，故把握棒需从堆芯底部向上插入，把握棒为十字形把握棒， 压水堆为棒束型把握棒，从堆芯顶部进入堆芯；沸水堆具有较低的运行压力约为 70 个大气压，冷却水在堆内以汽液形式存在，压水堆一回路压力通常达 150 个大气压，冷却水不产生沸腾。2、简要表达一种常用堆型的根本工作原理？沸水堆Boiling Water Reactor字面上来看就是承受沸腾的水来冷却核燃料的一种反响堆，其工作原理为：冷却水从反响堆底部流进堆芯，对燃料棒进展冷却，带走裂变产生的热能，冷却水温度上

2、升并渐渐气化，最终形成蒸汽和水的混合物，经过汽水分别器和蒸汽枯燥器，利用分别出的蒸汽推动汽轮进展发电。压水堆Pressurized Water Reactor字面上看就是承受高压水来冷却核燃料的一种反响堆，其工作原理为：主泵将 120160 个大气压的一回路冷却水送入堆芯，把核燃料放出的热能带出堆芯，而后进入蒸汽发生器，通过传热管把热量传给二回路水，使其沸腾并产生蒸汽；一回路冷却水温度下降，进入堆芯，完成一回路水循环；二回路产生的高压蒸汽推动汽轮机发电， 再经过冷凝器和预热器进入蒸汽发生器，完成二回路水循环。3、重水堆的燃料富集度为什么可以比压水堆的低，哪种堆型对燃料的燃尽性更好？由于卸料燃耗

3、较浅，用重水D2O,D 为氘作慢化剂，其热中子吸取截面约为轻水H2O)的 1/700，慢化中子力量不如后者，需要更多的碰撞次数，可直接利用自然铀作核燃料。4、快中子堆和热中子堆相比有哪些优缺点？优：快中子堆没有慢化剂，所以体积小，功率密度高。缺：快中子堆必需有较高的核燃料富集度，初装量也大。快中子堆燃料元件加工及乏燃料后处理要求高，快中子辐照通量率大，对材料要求苛刻。平均寿命比热中子堆短，把握困难。5、压水堆堆芯中水主要起什么作用？ 作冷却剂和慢化剂。6、气冷堆与压水堆相比有何优缺点？优：能在不高的压力下得到较高的出口温度，可提高电站二回路蒸汽温度， 从而提高热效率。缺：镁合金包壳不能承受高温

4、，限制了二氧化碳气体出口温度，限制了反响堆热工性能的进一步提高。7、什么是原子核的结合能及比结合能，如何计算？结合能：是将假设干个核子结合成原子核放出的能量或将原子核的核子全局部散开来所需的能量，E=mC2定义：是原子核的结合能与该原子核的核子数之比E/A 8、什么是核反响截面，分哪几类，其物理意义是什么？假设某种物质受到中子的作用，则发生特定核反响的概率取决于中子的数目和速度，以及该物质中核的数目和性质。“截面”是中子与核相互作用概率的一种量度微观截面 假设在 1cm3 的物质中，有 N 个原子核，在该物质的一个面上射入一个中子，则每一个原子核与一个入射的中子发生核反响的概率定义为微观截面，

5、单位为 m2，有时也用靶恩10-28m2为单位又分为裂变、散射和吸取三种截面宏观截面 假设每立方米的物质中含有 N 个核，则乘积N 等于每立方米靶核的总截面，称宏观截面，用 表示，单位是 m-1，物理意义：中子行走单位长度路程中与原子核发生核反响的概率。9、什么是中子通量，其物理意义如何？单位时间内通过单位面积的中子数。等于中子密度与其平均速度的乘积，单位常用“中子/平方厘米秒”表示。按中子能量不同，又可分为热中子通量和快中子通量两种。是衡量反响堆的一个重要指标10、 核裂变释放的能量组成形式主要有哪些？铀-235 核每次裂变所释放的平均值约为 207MeV，绝大局部能量是以裂变碎片的动能形式

6、释放出来，除了中微子能量，其它能量都可以“回收”11、 什么是瞬发中子和缓发中子，缓发中子在反响堆中有何影响？瞬发中子：99%以上的中子是在裂变瞬间放射出来的，这些中子叫瞬发中子缓发中子：裂变中子中不到 1%的中子是在裂变碎片衰变过程中放射出来的中子。平均能量比瞬发中子能量低，对反响堆的把握起重要作用12、 什么是四因子公式，其对核反响堆的设计具有什么参考作用？快中子增殖因数 无限增殖因数：对于无限大的反响堆，中子不泄露概率为 1，此时的有效增殖因数，称为无限介质增殖因数逃脱共振俘获概率 p：在慢化过程中逃脱共振俘获的中子份额就称作逃脱共振俘获概率。热中子利用系数 f：被燃料吸取的热中子数占被

7、芯部中全部物质(包括燃料在内)吸取的热中子总数的份额。热中子裂变因数 h：燃料核热裂变产生的裂变中子数与燃料核吸取的热中子总数之比。反响堆的临界尺寸取决于反响堆的材料组成k及几何外形13、中子慢化过程中主要是与慢化剂产生了何种相互作用才慢下来的，该作用的好坏与哪两个主要因素有关？弹性散射是能量较低的中子在质量数较小的介质内的主要慢化过程。非弹性散射是能量为几千电子伏以上的中子与质量数较大的铀、铁等介质核相互作用而慢化的主要机理。弹性散射是热中子反响堆内的主要慢化机制。中子在一次碰撞中损失的最大能量与靶核的质量有关14、什么是对数能降？ 对数能降定义式：E0选定的参考能量，E0=2MeV；E 一

8、次碰撞后的中子能量15、 反响性负温度系数是什么，其在核反响堆安全运行中的作用？温度增加 1K 时 keff 的相对增加量，负温度系数对反响堆安全运行具有重要意义，要求负温度系数实际是要求反响堆系统具有肯定的自衡力量，主要是由燃料核共振吸取的多普勒效应所引起的，温度上升，共振吸取增加， 因此产生了负温度效应16、 核反响堆反响性把握方法有哪些？依据不同堆型，为保证反响堆安全运行，用来对反响性进展有效把握和调整的各种部件、机构、过程和方法。主要有把握棒把握、化学把握剂载硼运行、可燃毒物把握三种。17、燃料组件的骨架构造组成有哪些，燃料元件棒的主要构造有哪些？17x17 型燃料组件骨架构造：由定位

9、格架、把握棒导向管、中子注量率测量管和上、下管座一起构成一个刚性的组件骨架。燃料元件棒：由燃料芯块、燃料包壳管、压紧弹簧、上下端塞等组成。18、在核反响堆的设计中，主要涉及哪几种材料的选择？ 核燃料材料供给核裂变 构造材料实现功能性 慢化剂材料慢化快中子 冷却剂材料带走产生热能 把握材料把握核反响堆19、核反响堆燃料类型有哪几种？与金属铀相比，陶瓷燃料的优缺点有哪些？燃料分类金属型金属铀和铀合金适宜用于生产堆(堆芯温度较低，中子注量率不太高)优点：银灰色金属，密度高(18.6),热导率高,工艺性能好,熔点 1133 , 沸点 3600 缺点：化学活性强，与大多数非金属反响金属铀的工作条件限制：

10、由于相变限制，只能低于 665辐照长大，定向长大限制低温工作环境辐照肿胀现象，较高温度条件下金属燃料变形陶瓷型铀、钚、钍的氧化物，碳化物或氮化物陶瓷型燃料主要用来解决金属或合金型燃料工作温度限制相变及肿胀效应优点：熔点高、热稳定及辐照稳定性好、化学稳定性好缺点：热导率低二氧化铀陶瓷燃料优点：无同素异形体，只有一种结晶形态面心立方，各向同性，燃耗深熔点高；未经辐照的测定值 280515具有与高温水、钠等的良好相容性，耐腐蚀力量好与包壳相容性良好缺点：二氧化铀的导热性能较差，热导率低 传热负荷肯定时，燃料径向温度梯度大氧化物脆性和高的热膨胀率使启停堆时引起芯块开裂。弥散体型含高浓缩燃料颗粒弥散分布

11、在不同基体中20、什么是辐照效应？主要包括哪几种形式？由辐照引起的材料缺陷进而导致的材料性能的宏观变化。主要效应： 电离效应、嬗变效应、离位效应电离效应：堆内产生的带电粒子和快中子撞出的高能离位原子与靶原子轨道上的电子发生碰撞，使其跳离轨道的电离现象，对金属性能影响不大，对高分子材料影响较大嬗变效应：受撞原子核吸取一个中子变成另外原子的核反响离位效应：中子与原子碰撞中，原子脱离点阵节点而留下一个空位。假设不能跳回原位，则形成间隙原子，快中子引起的离位效应会产生大量初级离位原子， 其变化行为和聚拢形态是引起构造材料辐照效应的主要缘由。离位峰中的相变：有序合金在辐照时转变为无序相或非晶态相21、选

12、择慢化剂需要留意哪些要求？重水做慢化剂有何优缺点？慢化剂：将裂变中子慢化为热中子，分固体慢化剂和液体慢化剂固体慢化剂石墨、铍、氧化铍：对石墨慢化剂性能要求：纯度高，杂质少，尤其硼、镉含量限制严格强度高，各向异性小耐辐照、抗腐蚀和高温性能好热导率高、热膨胀率小液体慢化剂水、重水：对液体慢化剂的要求：熔点在室温以下，高温下蒸汽压要低良好的传热性能良好的热稳定性和辐照稳定性原子密度高不腐蚀构造材料在辐照条件下，重水与轻水均发生渐渐的分解，分别出爆炸性气体D2 和 O2，或 H2 和 O2 的混合气体，该过程称作辐射分解。重水慢化堆承受重水作冷却剂的好处是可以削减核燃料的装载量或降低核燃料的浓缩度。缺

13、点是价格昂贵。22、 堆芯把握材料的要求有哪些？ 把握材料的性能要求：材料本身中子吸取截面大，子代产物也具有较高中子吸取截面对中子的吸取能阈广热、超热中子熔点高、导热性好、热膨胀率小中子活化截面小强度高、塑韧性好、抗腐蚀、耐辐照f23、 体积释热率、热流密度、线功率密度的定义，以及三者之间的转换关系？ 热流密度：也称热通量，一般用q 表示，定义为：单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。依据国际单位制，时间为 s，面积为，热量取单位为焦耳J，相应地热流密度单位为 J/(s)。体积释热率 qv 1.602 10-13 F EafN ：单位堆芯体积所释放热功率线功率密度：单位长度堆芯产生热功率燃

14、料芯块的线功率 qL，燃料芯块的外表热流密度 q，燃料芯块的体积释热率 qv，三者关系：qL=q2ru=qvru224、什么是核热管因子，其物理意义是什么？为了衡量各有关的热工参数的最大值偏离平均值或名义值的程度，引入一个修正因子，这个修正因子就称为热管因子。热管因子是用各有关的热工或物理参数的最大值与平均值的比值来表示的。反响堆设计中均力求减小反响堆的核热管因子25、影响堆芯功率分布的因素有哪些？燃料装载的影响富集度最高的装在最外层，最低的燃料组件装在中心区，可显著增大堆芯总功率输出反射层的影响(增加边沿中子通量)把握棒的影响肯定程度上改善中子通量在径向的分布构造材料、水隙和空泡的影响材料吸

15、取中子，水隙提高热中子浓度， 把握棒做成瘦长的形式，空泡使热中子通量下降燃料元件自屏蔽效应的影响慢化剂产生热中子，燃料棒内消耗中子 26、什么是积分热导率，在实际中有何应用？ (t)dtuUO2 燃料热导率随温度变化很大，承受算术平均温度来求解 ku，误差很大温度的非线性函数，因此需争辩 ku 随温度的变化规律，从而引出积分热导率的概念。为便于计算燃料芯块中心温度使用的一个参量。是随温度变化的燃料芯块的热导率从外表温度到中心温度的积分，其单位为 W/cm。t0 k (t)dt k (t0t)dt-tuk (t)dt=q / (4)tuuulu0027、什么是偏离泡核沸腾，对应英文缩写是什么？偏

16、离泡核沸腾 DNBDeparture from nucleate boiling ，在加热过程中，由于产生的气泡数量很多，甚至在加热面四周形成蒸汽片或蒸汽柱，当气泡产生的频率高到在汽泡脱离壁面之前就形成了汽膜时，就发生了偏离泡核沸腾。28、加热通道内流淌包含哪几个区域？ 加热通道内流淌区域的划分：单相流区，不存在气泡，液体单相流深度欠热区，贴近加热壁面液膜到达饱和温度，开头生成气泡，表现为“壁面效应”轻度欠热区，越过净蒸汽起始点，气泡脱离壁面，表现为“容积效应”饱和沸腾区，此区热量完全用来产生蒸汽29、临界热流密度和沸腾临界的概念？临界热流密度：到达沸腾临界时的热流密度当热流密度到达由核态沸腾

17、转变为过度沸腾所对应的值时，加热外表上的气泡很多，以致使很多气泡连成一片，掩盖了局部加热面。由于气膜的传热系数低，加热面的温度会很快上升，而使加热面烧毁。这一临界对应点又称为沸腾临界点或临界热流密度 CHFCritical Heat Flux。30、 单相流压降通常由哪几局部组成，各局部对应具体作用是什么？ 提升压降31、截面含气率与体积含气率、质量含气率有何差异，如何相互转化？V VV V V 容积含气率：单位时间内，流过通道某一截面的两相流总容积中，气相所占的容积份额。AAAA A截面含气率 ：也称空泡份额，指两相流中某一截面上，气相所占截面与总流道截面之比。32、什么是滑速比？xA滑速比

18、 S 是指蒸汽的平均速度 Vg 与液体的平均速度 Vf 之比fS V /Vgff1 x A gg33、什么是临界流，对反响堆安全有何意义，单相临界流速如何计算？当流体自系统中流出的速率不再受下游背压下降的影响时，这种流淌就称为临界流或堵塞流。临界流对反响堆冷却剂丧失事故的安全考虑格外重要。临界流量的大小不仅直接影响到堆芯的冷却力量，而且还打算各种安全和应急系统开头工作的时间。u KRTK定压比热容与定容比热容之比R气体常数T温度34、到达临界压力比就可以实现临界流速对吗，为什么？ 不对35、什么是流淌不稳定性，常见的有哪几种类型？流淌不稳定性：是指在一个质量流密度、压降和空泡之间存在着耦合的两

19、相系统中，流体受到一个微小的扰动后所产生的流量漂移或者以某一频率的恒定振幅或变振幅进展的流量振荡。36、什么是自然循环，形成自然循环的条件是什么？自然循环是指在闭合回路内依靠热段上行段和冷段下行段中的流体密度差所产生的驱动压头来实现的流淌循环条件：驱动压头需抑制回路内上升段和下降段的压力损失自然循环必需是在一个连续流淌的回路中进展，假设中间被隔断，就不能形成自然循环37、反响堆冷却剂工作压力确实定需要考虑哪些方面的因素或影响？主要考虑热工水力学因素和设备本钱，所谓热工水力学，也就是争辩反响堆内燃料-冷却剂传热、冷却剂流淌的热力学过程分析。对于轻水堆，由于压力打算水的饱和温度，即水保持液态或饱和

20、蒸汽的温度，是热工水力设计的一个重要方面，但压力本身对反响堆物理和冷却剂流淌的影响较小，可以说是温度打算压力。对于气冷堆，冷却剂的热力学参数受压力影响大，热工水力学设计直接和压力有关。对于压水堆核电厂，一回路压力打算一回路水的饱和温度，继而打算二回路蒸汽参数和汽轮机热效率。压力上升可以提高热效率，但一回路温度打算因素不只是冷却水压力而主要打算于反响堆的热工水力设计，并且压力上升将带来各主设备承压需求上升，本钱和制造难度上升，通常压水堆取15Mpa 左右的工作压力，对应冷却剂 330 度左右的温度限制。沸水堆由一回路直接产生蒸汽，蒸汽参数实际上打算了压力容器的设计压力， 而沸水堆堆芯冷却剂为两相

21、流，冷却剂温度和对应的压力同样受到热工水力学和材料性能限制，通常温度为 286 度，压力 7.3Mpa。沸水堆由于堆芯较压水堆大，并且压力容器内需要容纳足够的空间保证汽水分别器蒸汽枯燥器等，压力容器比压水堆要大，较低的压力也有利于压力容器制造。38、热管和热点的定义？热管hot-channel：假设在相对孤立的冷却系统中，积分功率输出最大的冷却剂通道热点hot-point：堆芯内存在的某一燃料元件外表热流密度最大的点。 39、压水堆主要热工设计准则有哪些？燃料元件芯块内最高温度低于其相应燃耗下的熔化温度燃料元件外外表不允许发生沸腾临界必需保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件能得到充分冷却；在事

22、故工况下能供给足够的冷却剂以排出堆芯余热在稳态工况下和可估量的瞬态运行工况中，不发生流淌不稳定性40、热流密度核热点因子和热流密度工程热点因子分别描述哪方面对热流密度的影响？核：描述中子通量分布不均匀工程：描述由于堆芯燃料及构件加工、安装误差造成功率分布不均匀可用加工误差和统计方法得到41、降低核热管因子有哪些具体途径？ 降低热管因子的途径：核方面设置反射层、燃料分区装载、布置可燃毒物、把握棒布置等工程方面合理把握加工、安装误差；改善冷却剂安排不均匀；加强横向交混等42、单通道模型设计法和子通道模型设计法各自的指导原则及主要区分是什么？在单通道模型中，把所要计算的通道看作是孤立的、封闭的,堆芯

23、高度上与其他通道之间没有质量、动量和能量交换。这种分析模型不适合用于无盒组件那样的开式通道。为了使计算更符合实际，开发了子通道模型。这种模型认为到相邻通道的冷却剂之间在流淌过程中存在着横向的质量、动量和能量的交换，因此各通道内的冷却剂质量流密度将沿着轴向不断发生变化，热通道内冷却剂的焓和温度也会有所降低，相应的燃料元件外表和中心温度也随之略有降低。43、 什么是最小烧毁比MDNBR？在反响堆热工计算中，为了安全起见，要保证在反响堆运行时实际热流密度与临界热流密度之间有肯定裕量，就需要把计算出的临界热流密度除以一个安全系数，以保证不消灭烧毁事故。这个安全系数称烧毁比。把通道中临界热流密度 qDNB 与实际热流密度 qact 二曲线间距离最近处的比值称为最小