中子慢化与慢化能谱

裴洋核能发电教研室

核反应堆物理基础3.1中子慢化与慢化能谱某介质的宏观散射截面与中子平均对数能降的乘积。慢化剂的慢化能力与慢化比。

3.1.1慢化剂的选择慢化能力（slowing-downpower)慢化比（moderatingrate）慢化剂慢化能力ξ∑s，厘米-1慢化比ξ∑s/∑a水重水铍石墨1.530.1770.160.063702100150170

无限均匀介质内中子慢化能谱的建立裂变源中子通过与慢化介质核的碰撞降低能量，假设中子能量为E，要使它的能量下降△E所需的平均碰撞次数为：△E/一次碰撞平均损失的能量。即此式假定一次损失的能量比△E小得多，也利用了

43.1.2中子能谱概念

堆内核燃料的裂变不断产生快中子，快中子经与慢化剂核的碰撞散射，逐步慢化为热中子。因此堆内中子有着不同的能量。欲知堆内各种能量的中子各占多少份额，就需了解堆内中子按能量分布的规律。5热中子能谱

热中子是指与它们所在介质的原子(或分子)处于热平衡状态中的中子。反应堆物理分析中，通常把某个分界能量Ec以下的中子称为热中子，Ec称为分界能或缝合能。压水堆：通常取Ec=0.625eV

若介质是无限大、无源的，其不吸收中子，那么与介质原子处于热平衡状态的热中子，它们的能量分布服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布,即

式中：N(E)为单位体积单位能量间隔内的热中子数；k为玻尔兹曼常数；T为介质温度，单位为K。

实际上，热中子能谱的分布形式和介质原子核的麦克斯韦谱的分布形式并不相同，两个原因：(1)在反应堆中，所有的热中子都是从较高的能量慢化而来，然后逐步与介质达到热平衡状态的，这样，在能量较高区域的中子数目相对较多；(2)由于介质或多或少要吸收中子，因此，必然有一部份中子尚未来得及同介质原子达到热平衡就已被吸收，其结果又造成能量较低部分的中子份额减少，能量较高部分的中子份额相对增大。

由上述原因的共同作用，在能量较高处中子数相对增大，而在能量较低处中子数相对减少，使得实际热中子能谱朝能量高的方向偏移，即热中子的平均能量和最概然能量都要比介质原子核的平均能量和最概然能量高，这一现象为热中子能谱的“硬化”。8高能区(E>0.1MeV)，近似裂变中子能谱慢化能区(1eV<E<0.1MeV)，弱吸收介质，近似1/E规律变化热能区(E<1eV)，近似麦克斯韦谱分布热中子反应堆内中子能谱分布：3.1.3

中子的弹性散射过程一、弹性散射过程动力学

忽略靶核热运动及化学键的影响，认为中子是与静止的、自由的靶核发生弹性散射。弹性散射前后的动量和动能守恒讨论弹性碰撞常采用两种坐标系：实验室坐标系（L系）和质心坐标系（C系）。L系是固定在地面上的坐标系，实际测量和观察就是在这种坐标系内进行的。C系是固定在中子-靶核质量中心上的坐标系。处理时采用C系可以使问题简化。10中子与靶核的弹性散射可看作两个弹性钢球的相互碰撞，碰撞前后其动量和动能守恒。

弹性散射过程中能量的变化

裂变释放出的中子为快中子(平均能量约2MeV)，所以在热中子堆中，要把快中子变成热中子，让热中子去引发裂变。快中子变成热中子即是损失能量的过程，这一过程称之为“中子慢化”。中子慢化主要依靠中子与轻核物质－慢化剂－之间的弹性散射，当然重核的非弹性散射也有慢化的作用，但对热中子堆来说，这一作用很小。中子慢化的意义

中子慢化能谱(1):热中子反应堆中，大量的中子参与了慢化过程。我们关心的是，处在不同能量值上的中子数目有多少，或中子数目随能量的变化，即“中子能谱”。3.1.4中子年龄在反应堆物理中，中子年龄是表征介质对中子的慢化特性的一个重要参数。热中子年龄的物理意义是：中子自裂变产生点（具有裂变能）到慢化到热能的那个点的直线距离的均方值的六分之一。直线距离均方值的计算

在反应堆动力学计算中需要用到快中子自裂变产生到慢化成为热中子，直至最后被俘获的平均时间，称为中子的平均寿命，用l表示。显然

对于热中子反应堆，中子平均寿命主要由热中子的平均寿期，即扩散时间决定；对于压水堆，中子的平均寿期l≈10-4s；对于快中子反应堆，中子的平均寿期l≈10-7s；对于具有实际大小的反应堆系统，计算时应考虑泄露的影响，对中子平均寿命进行修正，所得寿命将比不计泄露时的短。

快中子慢化成热中子后，将在介质内扩散一段时间。定义无限介质内热中子在自产生至被俘获以前所经过的平均时间，称为扩散时间/热中子平均寿命，用td表示。如果

a(E)为中子的平均吸收自由程，