171核反应堆物理分析187

171核反应堆物理分析187内容摘要：

ii12135210 m个 中子通量密度（ Neutron Flux） 单位是 中子 ∕ m2s, 等于该点的中子密度与相应的中子速 度的乘积，它表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行 距离总和。 是标量不是矢量。 与磁通量，光通量概念不同。 反应率：  中子注量和注量率（ Neutron Fluence Rate） 在空间 r处单位时间内进入该点为中心的单位横截面 的小球体内的中子数称为该点的中子注量率。 因而 t时间内的注量 F(r) 则等于 nvR  ttt dttrrF 11 ),()(  显然中子注量率就等于中子通量密度。 中子通量密度是核 反应堆中一个重要的参数。 它的大小反映了堆芯内部核 反应率的大小，因此也反映出堆的功率水平。 热堆中，热 中子通量密度的数量级一般为  平均截面 中子数关于能量 E的分布称为中子能谱分布。 不同的反 应堆，中子能谱不同。 中子密度和速度均为能量的函数。 所以总的中子通量密度 Φ应为： 截面也是中子能量的函数所以核反应率应为： sm 21513 10~10 中子   0 0 )()()( dEEdEEvEn     E E dEEEdEEvEnER )()()()()(  实际计算中常引入在某能量区间的平均宏观截面 的概念。 并令 平均宏观截面与总中子通量密度的乘积等于核反应率。 平均宏观截面或平均截面为： 从上式可知，要计算平均截面或反应率，就必须知道中子 通量密度按能量的分布，即中子能谱。 所以 计算中子能谱 是反应堆物理中的重要研究内容。   E dEEER )()( EEdEEdEEER)()()( 截面随中子能量的变化 核截面的数值决定于入射中子的能量和靶核的性质 ，对 许多原子核其反应截面随入射中子能量的变化特征主要 分三个区域： 低能区 ： 吸收截面随中子能量减小而增大， 即 区。 中能区 ： 许多重元素核的截面出现许 多共振峰，即共振区。 快中子区 ： ，该区域截面通常很小，截面随中 子能量的变化比较平滑。 下面按吸收、散射和裂变核反应，分别介绍不同质量 核的微观截面随中子能量的变化特征。 eVE 1v1eVEeV 3101 eVE 310微观吸收截面 低能区 ： 如已知能量 E0处的微观吸收截面 则在低能区： 对于多数轻核，在中子能量从几个 keV 甚至几个 MeV 的范围，其吸收截面近似按 变化，对于重核和中等 质量原子核，由于在低能区有共振吸收现象， 其吸收截 面就会偏离 规律。 例如： 235U, 238U, 239Pu, 112Cd 等。 中能区 ： 对于重核，如 238U核，在共振区内，某一能量附近 的小间隔内微观吸收截面 将变的特别大，即出现共振吸收 现象。 tc o n sEEa t a n)( )( 0EaEEEEaa00 )()(  v1v1238U的总截面 对于轻核，由于其第一个激发态的能量比重核高，所以 轻核在中能区一般不会出现共振峰，只有能量达到 MeV 才出现这种共振峰。 和重核窄而高的共振峰不同，轻核 的共振缝宽而低。 因此在热堆中共振吸收主要考虑重核 238U的共振吸收。 在高能区，随着中子能量的增加，共振峰间距变小，共 振峰开始重叠，以致无法分辨，微观吸收截面随能量变 化平缓，而且截面数据很小，只有几个 barn。 微观散射截面 （ 1）非弹性散射截面 σ in： 非弹性散射有阈能特点，质量越 大的核，其阈能愈低。 当中子能量小于阈能时， σ in 为零；中子能量大于阈能时， σ in随着中子能量的增加而增大。 图 15。 （ 2）弹性散射截面 σ s： 多数元素与较低能量中子的散射都是 弹性散射。 σ s基本上是常数，一般为几个靶。 对于轻核和 中等核中子能量从低能到 MeV范围， σ s基本上近似为常数。 对于重核，在共振能区将出现共振弹性散射。 热中子的散射问题比较复杂，这主要是由于核的热运动 和化学键的影响，对反应堆物理影响不大。 微观裂变截面 σ f 235U, 239Pu 等易裂变核素的裂变截面随中子能量的变化 与重核吸收截面的变化规律相似。 热能区：裂变截面随中子能量减小而增加，且截面很大。 热堆里裂变反应基本上都是发生在这一能区。 共振区： 235U的裂变截面出现共振峰，共振区延伸到几个 keV。 在 keV 至 MeV能量范围内，裂变截面随中 子能量的增加下降到几个靶。 238U, 240Pu, 232Th等核素的裂变具有阈能特点。 235U的裂变截面 232Th,238U,240Pu和 242Pu 的裂变截面 235U吸收中子后并不是都发生裂变， 有的发生辐射俘获反 应变成 236U。 辐射俘获截面和裂变截面之比称为俘获 裂变 之比用 α表示 α 与裂变同位素的种类和中子能量有关。 在反应堆分析中 常用到另一个量，就是燃料核每吸收一个中子后平均放出 的中子数 称为有效裂变中子数 ，用 η表示： 式中： ν为每次裂变的中子产额， 对于 235U ， ν=。 图 13。 f   1ffaf 核数据库 美国： ENDF/B 欧洲： JEF 日本： JENDL 中国： CENDL 2 共振吸收 共振截面 单能级 BreitWigner formula。