1、4.0.14.0.1核裂變過(guò)程與材料核裂變過(guò)程與材料 液滴模型液滴模型: :(a)(a) (b)(b)裂變過(guò)程裂變過(guò)程: :4.4.核裂變過(guò)程核裂變過(guò)程 靶核俘獲中子靶核俘獲中子形成復(fù)合核形成復(fù)合核復(fù)合核退激復(fù)合核退激核裂變核裂變圖2-7 液滴裂變機(jī)制示意圖原子核液滴分裂模型原子核液滴分裂模型裂變臨界能核裂變是中子轟擊核裂變是中子轟擊原子核，原子核接原子核，原子核接受中子后變得不穩(wěn)受中子后變得不穩(wěn)定，從而分裂。定，從而分裂。 復(fù)合核從變形到分復(fù)合核從變形到分裂需要能量，所需裂需要能量，所需的最小能量稱(chēng)為裂的最小能量稱(chēng)為裂變臨界能量。變臨界能量。 復(fù)合核復(fù)合核臨界能臨界能:發(fā)生核裂變的最小激發(fā)能

2、發(fā)生核裂變的最小激發(fā)能Ecr (critical energy)靶原子核靶原子核復(fù)合核的臨界裂變能復(fù)合核的臨界裂變能(Mev)中子的結(jié)合能（中子的結(jié)合能（Mev）釷釷-2326.55.1鈾鈾-2385.54.9鈾鈾-2355.36.4鈾鈾-2334.66.6钚钚-2394.06.4幾種核素的臨界裂變能幾種核素的臨界裂變能易易裂裂變變材材料料重核的裂變重核的裂變臨界能量小臨界能量小天然的核燃料天然的核燃料可轉(zhuǎn)換核素可轉(zhuǎn)換核素天然存在天然存在nBaKrUnU213956453623692235924.1.1 4.1.1 235235鈾核裂變裂變能量的釋放鈾核裂變裂變能量的釋放 Prompt gam

3、ma raysFission product gamma raysBeta particles80%3%4%4%4%5% neutrinos停堆余熱計(jì)算（堆芯長(zhǎng)期冷卻）停堆余熱計(jì)算（堆芯長(zhǎng)期冷卻）平均每次裂變的衰變功率與延遲時(shí)間的關(guān)系：平均每次裂變的衰變功率與延遲時(shí)間的關(guān)系： 2 . 166. 2ttPdMev/s 若反應(yīng)堆在功率水平若反應(yīng)堆在功率水平P P運(yùn)行了運(yùn)行了T T秒，則停堆后秒，則停堆后秒時(shí)刻裂秒時(shí)刻裂變產(chǎn)物變產(chǎn)物射線和射線和射線釋放的總功率為射線釋放的總功率為 PP堆功率水平；堆功率水平；停堆后停堆后時(shí)刻（時(shí)刻（10s 100d10s 0.1Mev）熱中子熱中子( 1K 1 超臨

4、界，功率增加超臨界，功率增加K = 1K = 1 臨界，臨界， 功率恒定功率恒定K 1K 1 次臨界，功率降低次臨界，功率降低設(shè)計(jì)時(shí)的保守估計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)的保守估計(jì)反應(yīng)堆有限大，定義為反應(yīng)堆有限大，定義為Keff可見(jiàn)：可見(jiàn)： Keff=kPLPLPL臨界尺寸臨界尺寸臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量幾何形狀幾何形狀1.1.反應(yīng)堆內(nèi)中子數(shù)目的增減與平衡濃度的決定過(guò)程反應(yīng)堆內(nèi)中子數(shù)目的增減與平衡濃度的決定過(guò)程(1) (1) 鈾鈾-238-238的快中子倍增；的快中子倍增；(2) (2) 燃料吸收熱中子引起的裂變；燃料吸收熱中子引起的裂變；(3) (3) 慢化劑以及結(jié)構(gòu)材料等物質(zhì)的輻射俘獲；慢化劑以及結(jié)構(gòu)材料等物質(zhì)的輻射俘

5、獲；(4) (4) 慢化過(guò)程中的共振吸收；慢化過(guò)程中的共振吸收；(5) (5) 中子的泄漏。中子的泄漏。I) I) 慢化過(guò)程中的泄漏慢化過(guò)程中的泄漏(II) (II) 熱中子擴(kuò)散過(guò)程中的泄漏熱中子擴(kuò)散過(guò)程中的泄漏競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)2.2.熱中子反應(yīng)堆熱中子反應(yīng)堆內(nèi)的中子平衡圖內(nèi)的中子平衡圖舉一個(gè)例子循環(huán)往復(fù)循環(huán)往復(fù)20 包括鈾包括鈾238238核裂變?cè)趦?nèi)所有裂變產(chǎn)生的快中子總數(shù)與鈾核裂變?cè)趦?nèi)所有裂變產(chǎn)生的快中子總數(shù)與鈾235235核熱中子裂變產(chǎn)生的快中子數(shù)之比核熱中子裂變產(chǎn)生的快中子數(shù)之比: :4.4.逃脫共振吸收幾率逃脫共振吸收幾率 在慢化過(guò)程中逃脫共振吸收的中子份額就稱(chēng)作逃脫共振在慢化過(guò)程中逃脫共振

6、吸收的中子份額就稱(chēng)作逃脫共振吸收幾率吸收幾率 慢化到熱能區(qū)中子數(shù)與慢化到熱能區(qū)中子數(shù)與1.1Mev1.1Mev以下以下且留在堆內(nèi)的快中子且留在堆內(nèi)的快中子數(shù)之比數(shù)之比5.5.不泄漏幾率不泄漏幾率L L（ NLNL ）FNTN6.6.熱中子利用系數(shù)熱中子利用系數(shù)f f7.7.有效裂變中子數(shù)有效裂變中子數(shù)n 快中子倍增因子快中子倍增因子n pp逃脫共振吸收幾率逃脫共振吸收幾率n f f 熱中子利用系數(shù)熱中子利用系數(shù)n 有效裂變中子數(shù)有效裂變中子數(shù) = =（熱中子裂變產(chǎn)生的快中子數(shù)（熱中子裂變產(chǎn)生的快中子數(shù)+ +快中子裂變產(chǎn)生的凈快中子數(shù)）快中子裂變產(chǎn)生的凈快中子數(shù)）/ /熱中子裂變產(chǎn)生的快中子數(shù)熱

7、中子裂變產(chǎn)生的快中子數(shù)p =p =通過(guò)共振吸收能量間隔而進(jìn)入通過(guò)共振吸收能量間隔而進(jìn)入熱能區(qū)的中子數(shù)熱能區(qū)的中子數(shù)/ /進(jìn)入共振能量間進(jìn)入共振能量間隔的快中子數(shù)隔的快中子數(shù) = =核燃料吸收熱中子所產(chǎn)生的裂核燃料吸收熱中子所產(chǎn)生的裂變中子數(shù)變中子數(shù)/ /核燃料吸收的熱中子數(shù)核燃料吸收的熱中子數(shù)k=pf四因子公式四因子公式f =f =核燃料吸收的熱中子數(shù)核燃料吸收的熱中子數(shù)/ /（核燃（核燃料吸收的熱中子數(shù)料吸收的熱中子數(shù)+ +其它材料吸收其它材料吸收的熱中子數(shù)）的熱中子數(shù)）k=pfPL =PsPdk keff eff =k=kP PL L =pfP =pfPs sP Pd d系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率系統(tǒng)內(nèi)中子的產(chǎn)生率k不泄漏幾率不泄漏幾率系統(tǒng)內(nèi)中子的泄漏率系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率系統(tǒng)內(nèi)中子的吸收率LPPNL =1.650.711.020.870.970.99FNLTNLfpPP1k n 核裂變?cè)?；核裂變?cè)?；n 裂變能量分配；裂變能量分配；n 裂變產(chǎn)生的中子；裂變產(chǎn)生的中子；n 裂變產(chǎn)物；裂變產(chǎn)物；n 反應(yīng)堆功率與中子通量；反應(yīng)堆功率與中子通量；n 衰變熱、放射性活度估算；衰變熱、放射性活度