核反应堆工程09

核能开发与应用实现自持链式反应的条件临界系统：系统中每单位时间内产生的裂变数保持常数。超临界系统：如果每次裂变最终可以导致一次以上的裂变，那么裂变率将随时间而增加。次临界系统：如果每次裂变最终导致的裂变少于一次，那么裂变率将随时间而减少。为了在反应堆内维持自持链式反应，必须在系统内的中子产生率和消失率之间建立严格的平衡。中子的产生来源于燃料核的裂变反应(假定没有外中子源)。中子的消失有两种方式：被堆内各种材料所吸收从堆的表面泄漏出去

中子的产生率决定于核燃料的性质和数量。中子的消失率——吸收率及泄漏率——决定于系统的成分和大小。第四讲：核反应堆物理——反应堆临界理论与反应性变化定义有效增殖因数keff描述反应堆系统的状态，其定义为：Keff>1，系统超临界keff1，系统次临界Keff=1，系统临界假设没有泄露

由上两式可得：P：中子的不泄露几率（ΛF）热中子堆内的中子循环对于热中子堆，能否实现自持的链式反应，取决于中子在以下几种过程：

1．238U的快中子倍增：能量大于1.1Mev的中子引起238U核裂变，产生裂变中子。这些裂变中子数约占燃料裂变中子总数的3％左右。

2．燃料吸收热中子引起的裂变：主要是热中子引起235U核裂变，这是产生中子的主要来源.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：(1)慢化过程中的泄漏，(2)热中子扩散过程中的泄漏。

热中子堆内中子数目的变化取决于上述五种过程竞争的结果。其中前两个过程使堆内的中子数目增加，后三个过程特使中子数目减少。快中子增殖因数ε:物理意义:表示由一个初始裂变中子所得到的慢化到238U裂变阈能以下的平均中子数.逃脱共振俘获几率p：表示慢化到热能区的中子数与1.1Mev以下且留在堆内被慢化的快中子数之比，即不泄漏几率PL：中子在慢化过程中和热中子在扩散过程中不泄漏几率的乘积例如，堆内某代循环开始时，假定共有1000个初始裂变中子，其中被238U核吸收15个裂变阈能以上的中子，产生46个裂变中子，最后得到1031个238U裂变阈能以下的中子，因而ε就等于1.031。1031个1.1Mev以下的快中子，在堆内继续慢化，可能有三种不同的形态：(1)一部分在慢化过程中泄漏出堆外，设泄漏50个，(2)一部分慢化到共振区(1-1000ev)时被238U共振吸收，设238U共振吸收53个，(3)大部分慢化到热能区成为热中子，因而得到939个热中子。被堆内各种材料吸收的885个热中子,其中被燃料吸收的热中子750个，被非燃料吸收的热中子135个。只有被燃料吸收的热中子才有可能引起核裂变而对链式反应作出贡献.为此引入第四个物理参量。热中子利用系数f：表示被燃料吸收的热中子数占堆芯中所有物质(包括燃料在内)吸热中子总数的份数。在此例中f＝750／885＝0．847。上述750个被燃料吸收的热中子，引起燃料裂变，假定产生1300个次级中子，平均每吸收一个热中子产生1300／750＝1．733个次级中子。每次吸收的中子产额：它表示燃料每吸收一个热中子产生的次级快中子的平均数

=1300/750=1.733设在某代循环开始时，有n个裂变中子，它们被有效慢化以前，考虑到238U的快中子裂变效应，慢化到1.1Mev以下的快中子数目将增加到nε个。这些中子继续慢化，在慢化过程中由于共振吸收而减少，因而逃脱共振吸收而慢化到热能区的中子数目为nεp个。考虑到中子在慢化和扩散过程中的泄漏损失，实际上被吸收的热中子数目只有nεpPFPT个。显然其中核燃料所吸收的热中子数目为nεpfPFPT

。其余部分的热中子被非燃料的材料吸收。被燃料吸收的热中子引起裂变而产生新一代的裂变中子数目等于nεpf

PFPT个,这样经过一代中子循环，有效增殖因数为上式称为四因子公式。意义：热中子反应堆内物理过程（或结果）的