2中子能量和截面2.1裂變瞬發中子譜裂變時發射出來的中子99%是瞬發中子。它們的能量分布在從低于0.05MeV至UlOMeV相當大的范圍內。用力(￡)花表示能量在E和石+d￡范圍內的裂變中子份額。力(石)表示裂變中子能考普。鈾-235裂變時瞬發中子的能^曲線見圖2.1-1中的實線。數學表達式為：%⑻=0.453H"soj2.29￡。近似的數學表達式為：^(E)=0.770E-1/2e-0-776Eo在圖2.1-1中與此式相應的曲線為虛線。式中：E：裂變中子的能量，MeV.且[％出)花=1。裂變中子的最可幾能量稍低于1MeV。lOMeV以上的裂變中子的份額已很小。裂變中子的平均能量總o怖-235株熱中子裂變時空中于例藩圖2」?1(>2/u)aH里卜千中能中子共振區,莪中子分布快中子裂變中子

分布(>2/u)aH里卜千中能中子共振區,莪中子分布快中子裂變中子

分布10-2|10",10°io1IO?1031041。5io61070.025eV 對數中子能量 ‘eV堆內中子譜圖2.1-22.2熱中子及其能譜所謂熱中子就是指與它們所在的介質的原子（或分子）處于熱平衡狀態中的中子。通常把某個分界能量Ec以下的中子稱為“熱中子”。Ec稱為“分界能”或“縫合能”。對于壓水堆核電站，通常取Ec=0.625eV。所以，嚴格地說，熱中子的能量分布在0至Ec之間。若介質是無限大、無源的，且不吸收中子，則與介質處于熱平衡狀態的熱中子，其速度分布也與氣體分子熱運動速度分布一樣，服從于麥克斯韋一玻爾茲曼分布，即：3/2v2e-m^/2kT式中:N"）：單位體積、單位速度間隔內的熱中子數。v：中子速度，米/秒。m：中子質量。T：介質溫度，開。k：玻爾茲曼常數。與上式相應的熱中子的能量分布（即，單位體積、單位能量間隔內能量為E的熱中子數)為:N(E)=^re~E/kTEi/2在反應堆物理分析中，習慣上把N(￡)叫做中子密度的麥克斯韋一玻爾茲曼分布。上述麥克斯韋一玻爾茲曼速度和能量分布示意圖見圖2.2-1oyxlO-1yxlO-1?ExlO",電子伏(含梁:二fSN7=300￡時的麥克斯韋一玻爾茲曼分布Q、b為常數)圖221根據加(□)/加=0,可求得熱中子速度分布N3)的最可幾速度:2kT\1/22kT\1/2=1.28x102T1/2米/秒\mJ相應的中子能量為：E=-mvl=kT=S.6lxiO-5T電子伏根據0N(￡)/3￡=0,可求得熱中子能量分布的最可幾能量為:=_1左7=4.3x10-57電子伏相應的熱中子速度為：y==叵=0.9義］02TH2米/秒VmVm在7二293.4開時，熱中子的最可幾速度％=2200米/秒，相應的能量為E=0.0253電子伏。而能量分布N(￡)的最可幾能量穌=0.0125電子伏。真實的熱中子能譜的分布形式和介質原子核的麥克斯韋一玻爾茲曼分布形式是不相同的。這是因為：?在反應堆中，所有熱中子都是從較高的能量慢化而來，然后逐步與介質達到熱平衡狀態。這與麥克斯韋譜相比在能量較高區域內中子數目相對就要多一些。?由于介質或多或少地要吸收中子，因此，必然有一部分尚未來得及同介質的原子或分子達到平衡就已被吸收了，其結果又造成了能量較低部分的中子份額減少，能量較高部分的中子份額相對增大。因此，與介質原子核的麥克斯韋譜相比，在能量較高處的中子數相對增大,在能量較低處的中子數相對地有所減少。這就使得實際的熱中子能譜朝能量高的方向有所偏移，即熱中子的平均能量和最可幾能量都要比介質原子核的平均能量和最可幾能量高，通常把這一現象稱為熱中子能譜的“硬化”（見圖222）。0.001 0.01i, （）.】??1 ?10能量，電子伏熱中子能譜1涸度為乙時介質原子核的能譜（麥克斯韋譜）;2.實際的熱中子譜I3?中子洱度為7；時的麥克斯韋潸.圖222微觀吸收截面概述（1）在低能區（E<leV）,許多元素核的微觀吸收截面（七）按盍規律變化,稱之為律。此時，a距二常數，因此，如已知，元素對于能量為當V的中子的微觀吸收截面。：（當），那么，對于能量為當中子，該種元素的微觀吸收截面巴:（￡2）由下式給出:7(4)=￡(&)e7(4)=￡(&)e2重核（鈾-235、鈾-238、杯-239等）和中等質量核在低能區有共振吸收現象發生，其吸收截面偏離律。v對于多數輕核，在中子能量從熱能一直到幾千eV甚至MeV的能區，其微觀吸收截面仍都近似地遵守“!”律。v（2）在中能區，對于重核（如鈾-238核）微觀吸收截面er”（右）出現一些截面很高的共振峰。圖2.3給出1至1。4。丫范圍內鈾一238的微觀總截面（主要為吸收截面）變化曲線。冷態和熱態下的雙15共振區圖2.3對于輕核，在中能區一般不出現共振峰，要在MeV范圍的能區中才出現共振現象，而且其共振峰寬而低。重核的共振峰窄而高。因此在熱中子反應堆中共振吸收主要考慮重核。（3）在高能區，對于重核，隨著中子能量的增加，共振峰間距變小，并開始重疊，以致不再能夠分辨。因此，。隨E的變化，雖有一定起伏，但變得緩慢平滑了，而且數值很小，一般只有幾靶。2；2的微觀裂變截面9在熱能區，2蒙/的微觀裂變截面嗎隨中子能量減小而增加，而且其截面很大。當中子能量E=0.0253eV時，2￡。的％.=583.5靶。因而，在熱中子反應堆內的裂變反應基本上都發生在熱能區內。對高于熱能區的中子，2段。核的裂變截面出現共振峰。共振能區延伸至keV。在keV至幾MeV能量范圍內，葉隨中子能量的增加而下降到幾靶。圖2.4-1表示宣。微觀裂變截面％與能量的關系曲線。示意圖圖2.4-2將葭。的微觀裂變截面與葭。的俘獲（吸收）截面畫在一起。由圖可見：當裂變快中子從高能到熱能的慢化過程中，要經過鼠U的共振吸收區。0.0001000050.0010.0050.01 0.050.1 0.5中子能置一電子伏特1000E500-1 -510 50100 5001000500010000圖241圖2422；2共振吸收和多普勒效應在圖2.3和圖2.4-2中表示了膻U在中能中子區的俘獲截面共振峰群。圖2.3中的實線表示在覺U核靜止時與一定能量的中子的作用截面。而實際上，2；；。核不是靜止的，而是以一定的速度運動（振動）著，而且,當溫度升高時，2；；。核振動加劇，這使得具有共振峰能量的中子進入燃料后擊中2；；。核、并發生作用的可能性減小了