核反应堆物理分析 (谢仲生 吴宏春 张少泓 著) 西安交大、原子能出版社 课后答案1
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3-1.某裂变堆,快中子增殖因数1.05,逃脱共振俘获概率0.9,慢化不泄漏概率0.952,扩散不泄漏概率0.94,有效裂变中子数1.335,热中子利用系数0.882,试计算其有效增殖因数和无限介质增殖因数。
解:无限介质增殖因数: 1.1127k pf εη∞==不泄漏概率:0.9520.940.89488s d Λ=ΛΛ=×=有效增殖因数:0.9957eff k k ∞=Λ=3-2.H 和O 在1000eV 到1eV 能量范围内的散射截面近似为常数,分别为20b 和38b 。
计算H 2O 的ξ以及在H 2O 中中子从1000eV 慢化到1eV 所需的平均碰撞次数。
解:不难得出,H2O 的散射截面与平均对数能降应有下述关系:σH2O ∙ξH2O =2σH ∙ξH +σO ∙ξO即:(2σH +σO )∙ξH2O =2σH ∙ξH +σO ∙ξOξH2O =(2σH ∙ξH +σO ∙ξO )/(2σH +σO )查附录3,可知平均对数能降:ξH =1.000,ξO =0.120,代入计算得:ξH2O =(2×20×1.000+38×0.120)/(2×20+38)=0.571可得平均碰撞次数:Nc =ln(E 2/E 1)/ξH2O =ln(1000/1)/0.571=12.09≈12.13-3.在讨论中子热化时,认为热中子源项Q(E)是从某给定分界能E c 以上能区的中子,经过弹性散射慢化而来的。
设慢化能谱服从Ф(E)=Ф/E 分布,试求在氢介质内每秒每单位体积内由E c 以上能区,(1)散射到能量E (E<E c )的单位能量间隔内之中子数Q(E);(2)散射到能量区间ΔE g =E g-1-E g 内的中子数Q g 。
解:(1)由题意可知:()(')(')(')'cE s Q E E E f E E dE φ∞=Σ→∫对于氢介质而言,一次碰撞就足以使中子越过中能区,可以认为宏观截面为常数:/()(')(')'cE s E a Q E E f E E dE φ=Σ→∫在质心系下,利用各向同性散射函数:。
科学岛分院2019年博士研究生公开招考
笔试科目及参考教材
一、英语(必考)
(一)参考教材
1、《博士研究生英语入学考试纲要》(中国科学技术大学出版社,2015年11月,陈纪梁编);
2、《博士研究生入学考试英语试题及详解》(中国科学技术大学出版社,2015年11月,陈纪梁编)。
(二)考试形式
闭卷考试
二、专业课
(一)光学学科
注:报考光学学科各专业的考生从以上考试科目中任选一门。
(三)等离子体物理学科
注:报考等离子体物理学科各专业的考生从以上考试科目中任选一门。
(五)凝聚态物理学科
注:报考凝聚态物理学科各专业的考生从以上考试科目中任选一门。
(六)材料物理与化学学科
注:报考材料物理与化学学科各专业的考生从以上考试科目中任选一门。
(七)计算机与控制学科
涵盖专业:计算机应用技术(081203)、检测技术与自动化装置(081102)、模式识别
注:报考计算机与控制学科各专业的考生从以上考试科目中任选一门。
(八)生物物理学学科
注:报考生物物理学学科各专业的考生从以上考试科目中任选一门。
课程设计报告( 2009 -- 2010 年度第2学期)名称:核反应堆物理分析题目:核反应堆设计院系:能源与动力工程班级:热能0605学号:**********学生姓名:***指导教师:**设计周数:1周成绩:日期:2009年7 月2日一、 课程设计的目的与要求设计一个带有反射层的球形堆,芯部半径为R ,带有厚度为T (包括外推距离)的反射层,根据含有反射层的单群扩散理论,解出在T 取特定值时R 的值以及T 与R 的关系。
二、设计内容1. 带有反射层的球形堆临界理论对于任意系统,都可以写出它的稳态单群扩散方程如下:▽2φc (r)+B c 2φc (r) = 0 (1)其中 B c2=(k ∞/k-1)/L c2根据中子通量密度在堆内处处为有限值,且种子通量密度为正得条件,得到芯部方程(1)的解为:φc (r)=Asin(B c *r)/r由于反射层是非增值介质,所以在方程中不出现中子源项,得到其中子扩散方程为:▽2φc (r) - k r 2φc (r) = 0 , 其中k r 2=1 / L r 2(2)得到(2)的解为:φr (r)= C 'sinh(k r *r)/r + A 'cosh(k r *r)/r (3)此解要满足在反射层的外推边界r = R + T 处中子通量密度为了零的条件,由此:A '= -C 'tanh[k r (R+r)]将代入(3)式可以求出:φr (r)= Csinh[k r (R+T-r)]/r芯部及反射层稳态单群扩散方程的边界条件为:φc =φr (4) D c φ'c = D r φ'r (5)方程中有两个常数A 和C ,他们之间关系可有芯部与反射层交界面r=R 处边界条件确定。
Asin(B c *R)/R = Csinh(k r *T)/R D c A[B c cos(B c *R)/R-sin(B c *R)/R2] =D r C[-k r cosh(k r *T)/R-1/R2sinh(k r *T)]将以上两式相除得到:D c[1- B c Rcot(B c*R)] = D r[1+ Rcoth(T/Lr)/L r] (6)方程(6)就是带有反射层的球形反应堆的单群临界方程对于修正单群理论。
华北电力大学2019年博士生入学考试初试科目考试大纲科目代码:3601科目名称:高等核反应堆物理分析一、考试的总体要求掌握中子与原子核相互作用的机理、中子截面和核反应率的定义;了解非增殖介质内中子扩散方程及其理论推导;掌握中子的弹性散射过程、扩散-年龄近似、双群扩散理论、多群扩散理论、栅格的非均匀效应;了解核燃料中重同位素成分随时间的变化、核燃料的转换与循环、可燃毒物控制及化学补偿控制。
熟练掌握核裂变过程;单速中子扩散方程;无限均匀介质内中子的慢化能谱、均匀介质中的共振吸收;裂变产物中毒、反应性随时间的变化与燃耗深度;反应性温度系数;反应性控制的任务和方式。
熟练掌握多普勒效应;扩散长度;均匀裸堆的单群扩散方程及其解、热中子反应堆的临界条件、各种几何形状的裸堆的几何曲率和中子通量密度分布、反应堆曲率和临界计算、有反射层反应堆的单群扩散理论及计算;单根中心控制棒价值的计算;点堆动态方程、反应堆周期;掌握中子输运理论与中子输运方程,了解中子输运方程数值求解方法。
二、考试的内容1. 核反应堆的中子物理基础:中子与原子核的相互作用,中子截面和核反应率,共振吸收,核裂变过程(裂变能量的释放、反应堆功率和中子通量密度的关系、裂变产物与裂变中子的发射),链式裂变反应,四因子模型。
2. 中子慢化和慢化能谱:中子的弹性散射过程(弹性散射时能量的变化、弹性散射中子能量的分布、对数能降和平均对数能降增量、平均散射角余弦、慢化剂的选择、弹性慢化时间),无限均匀介质内中子的慢化能谱(无限均匀介质内中子的慢化方程、在含氢介质内的慢化、在A>1的无限介质内的慢化),均匀介质中的共振吸收(共振峰间距很大时的逃脱共振吸收几率、有效共振积分的近似计算、温度对共振吸收的影响),热中子能谱和热中子平均截面。
3. 中子输运与扩散理论:单能中子扩散方程(斐克定律、单能扩散方程的建立、扩散方程的边界条件、斐克定律和扩散理论的适用范围),非增殖介质内中子扩散方程的解,扩散长度、化慢长度、动长度;中子输运方程。
“新工科”背景下地方高校《核反应堆物理分析》课程教学的改革与实践作者:陈珍平郭倩谢金森于涛王振华来源:《高教学刊》2018年第06期摘要:《核反应堆物理分析》是核工程专业重要的专业基础课程,它在核工程系列专业课程中处于核心地位。
由于该课程涵盖内容多,理论性较强,物理概念抽象,对数学功底要求高,且由于“核”特殊性无法开展现场实验,导致学生在学习时倍感枯燥,难以掌握,从而兴趣度大大降低,达不到预期教学效果。
文章结合“新工科”背景下地方高校的专业发展现状,重点针对本门课程的教学环节,探索通过仿真实验教学配合课程的理论教学,提高学生对课程学习的积极性和主动性,帮助学生加深对课程知识的理解和构建清晰的理论体系,提升整体教学质量。
关键词:新工科;地方高校;核反应堆物理;仿真实验中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:2096-000X(2018)06-0072-03Abstract: The Nuclear Reactor Physics Analysis which is one of the most important basic courses for students majoring in nuclear engineering plays a significant role in the education of the nuclear engineering specialized courses. However, the course covers many sophisticated and metaphysical nuclear theories and methods. Furthermore, the nuclear experiments related to reactor physics are difficult to be carried out in local universities. As a result, the undergraduate students will feel bored and lose the interests in learning. Considering the current situations of the course in local universities, the reactor physics' simulation experiment coordinated with the theory teaching is adopted in the teaching course. Students' enthusiasm and initiative of learning are improved. In addition, the experiments help students clearly understand the theories.Keywords: emerging engineering; local universities; nuclear reactor physics; simulation experiment《核反应堆物理分析》是核工程专业重要的专业基础课程,它在核工程系列专业课程如《核反应堆热工水力学》《核反应堆安全分析》《核电厂控制与运行》《核电厂概率安全评价》等课程中处于核心地位。
3-12试计算T =535K ,ρ=802kg/m 3时水的热中子扩散系数和扩散长度。
解:查79页表3-2可得,294K 时:m ,由定义可知:0.0016D =()/31/()(293)(293)()(293)(293)(293)/31/(293)()()()tr s s tr s s T T N K K D T K D K K K N T T T λσρλσρΣ===Σ 所以:0.00195(m)(293)(293)/D K D K ρρ==(另一种方法:如果近似认为水的微观散射截面在热能区为常数,且不受温度影响,查附表3s σ在TN =s ΣD =n T =0.4920(b)()(0.0253a M a kT eV σσ==T n =535×(1+0.46×36×0.4920/103)=577(K)(若认为其值与在0.0253eV 时的值相差不大,直接用0.0253eV 热中子数据计算:T n =535×(1+0.46×36×0.664/103)=592(K)这是一种近似结果)(另一种方法:查79页表3-2,利用293K 时的平均宏观吸收截面与平均散射截面:(m -1)(293) 1.97a K Σ=1/(3×0.0016×0.676)=308(m -1)01(293)3(293)(1)s K D K µΣ==−进而可得到T n =592K )利用57页(2-88)式0.414×10-28(m 2)a σ==1.11(m -1)a a N σΣ==(293)(293)(293)(293)(293)s s N N K N K K N K K σρσρΣ==ΣQ 0.676)=L L L 3-16设有一强度为I (m -2•s -1)的平行中子束入射到厚度为a 的无限平板层上。
试求:(1)中子不遭受碰撞而穿过平板的概率;(2)平板内中子通量密度的分布;(3)中子最终扩散穿过平板的概率。
2-1.某压水堆采用UO 2作燃料,其富集度为2.43%(质量),密度为10000kg/m3。
试计算:当中子能量为0.0253eV 时,UO 2的宏观吸收截面和宏观裂变截面。
解:由18页表1-3查得,0.0253eV 时:(5)680.9,(5)583.5,(8) 2.7a f a U b U b U bσσσ===由289页附录3查得,0.0253eV 时:()0.00027ba O σ=以c 5表示富集铀内U-235与U 的核子数之比,表示富集度,则有:ε555235235238(1)c c c ε=+−151(10.9874(1))0.0246c ε−=+−=22M(UO )()N UO 所以,(N (8)N U =()2N O =22()()a f UO UO Σ=Σ2-2.和0.398,解:由18由289页附录3查得,0.0253eV 时:112() 1.5,() 2.2a a Al m H O m −−Σ=Σ=,()238.03,M U =33()19.0510/U kg m ρ=×可得天然U 核子数密度283()1000()/() 4.8210()A N U U N M U m ρ−==×则纯U-235的宏观吸收截面:1(5)(5)(5) 4.82680.93279.2()a a U N U U m σ−Σ=×=×=总的宏观吸收截面:120.002(5)0.6()0.398()8.4()a a a a U H O Al m −Σ=Σ+Σ+Σ=P35,第6题1171721111PV V 3.210P 2101.2510m3.2105 3.210φφ−−−=Σ×××===×Σ××××Q P35,第12题每秒钟发出的热量:69100010 3.125100.32PTE Jη×===×运:'N =m =6吨2-3.为使铀的η=1.7,试求铀中U-235富集度应为多少(E=0.0253eV)。
《核反应堆物理分析(谢仲生版)》名词解释及重要概念第一章—核反应堆的核物理基础直接相互作用:入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞,使其从核里发射出来,而中子却留在了靶核内的核反应。
中子的散射:散射是使中于慢化(即使中子的动能减小)的主要核反应过程。
非弹性散射:中子首先被靶核吸收而形成处于激发态的复合核,然后靶核通过放出中子并发射γ射线而返回基态。
弹性散射:分为共振弹性散射和势散射。
111001100[]AA A ZZ Z AA Z Z X n X X n X n X n +*+→→++→+微观截面:一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率,或表示一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概率。
宏观截面:表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。
也是一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的概率大小的一种度量。
平均自由程:中子在介质中运动时,与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。
核反应率:每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数(统计平均值)。
中子通量密度:某点处中子密度与相应的中子速度的乘积,表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行距离的总和。
多普勒效应:由于靶核的热运动随温度的增加而增加,所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加,同时峰值也逐渐减小,这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。
瞬发中子和缓发中子:裂变中,99%以上的中子是在裂变的瞬间(约10-14s)发射出来的,把这些中子叫瞬发中子;裂变中子中,还有小于1%的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的,把这些中子叫缓发中子。
第二章—中子慢化和慢化能谱慢化时间:裂变中子能量由裂变能慢化到热能所需要的平均时间。
扩散时间: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。
平均寿命:在反应堆动力学计算中往往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。
《核反应堆物理分析》85页扩散理论习题解答二
21
解:(1)建立以无限介质内任一点为原点的球坐标系(对此问题表达式较简单),建立扩散方程:
即:2a D S φφ−∇+Σ=2a S D D
φφΣ∇−=−边界条件:i.,ii.0φ<<+∞()0,0J r r =<<+∞
设存在连续函数满足:
()r ϕ222,(1)1(2)a S D D L
φϕφϕ⎧∇=∇⎪⎨Σ−=⎪⎩可见,函数满足方解形式:()r ϕexp(/)exp(/)()r L r L r A C r r
ϕ−=+由条件i 可知:C =0,
由方程(2)可得:()()/a r r S φϕ=+Σ再由条件ii 可知:A =0,所以:
/a
S φ=Σ
0)
,x >0S D
−,iii.()(0)/2a x t φ′=−Σlim ()0x J x →∞
=)exp(/)exp(/)/a x A x L C x L S =−++Σ//()x L x L J x D e e dx L L
−=−=−由条件ii 可得:0
lim ()()()22a a x a a AD CD t S tL S J x A C C A A C L L D →′′=−=−Σ++⇒−=Σ++ΣΣ由条件iii 可得:C =0
所以:(22(1)a a a a
tL S S A A A D D tL ′−=Σ+⇒=Σ−−Σ′Σ//()[12(2/)(1)x L x L a a a a a a
te S S S x e D t D L tL φ−−′Σ=+=−′ΣΣΣ+−−Σ′Σ对于整个坐标轴,只须将式中坐标加上绝对值号,证毕。
22
解:以源平面任一点为原点建立一维直角坐标系,建立扩散方程:
2112
22221()(),01()(),0x x x L x x x L φφφφ∇=
≥∇=≤边界条件:i.;ii.;1200lim ()lim ()x x x x φφ→→=000
lim[()|()|]x x J x J x S εεε=+=−→−=iii.;iv.;
1()0a φ=2()0b φ−=通解形式:,111sinh(/)cosh(/)A x L C x L φ=+222sinh(/)cosh(/)A x L C x L φ=+122cosh(sinh()cosh(sinh()]x x x x C A C S L L L L
−++=(3)1/)sinh(/)a L A a L =−(4)22cosh(/)sinh(/)
C b L A b L =联系(1)可得:12tanh(/)/tanh(/)
A A b L a L =−结合(2)可得:222tanh(/)/tanh(/)1tanh(/)/tanh(/)SL b L SL D A A A D a L b L a L −=−⇒=+1/1tanh(/)/tanh(/)
SL D
A a L b L −⇒=+
121tanh(/)tanh(/)/tanh(/)tanh(/)tanh(/)
SL a L b L D C C A a L a L b L ⇒==−=
+所以:tanh(/)sinh(/)tanh(/)tanh(/)cosh(/)[],0tanh(/)tanh(/)()tanh(/)sinh(/)tanh(/)tanh(/)cosh(/)[0tanh(/)tanh(/)SL b L x L a L b L x L x D b L a L x SL a L x L a L b L x L x D
b L a L φ−+⎧≥⎪+⎪=⎨+⎪≤⎪+⎩23
证明:以平板中线上任一点为原点建立一维直角坐标系,先考虑正半轴,建立扩散方程:即:,x >02a D S φφ−∇+Σ=2a S D D
φφΣ∇−=−
边界条件:i.,ii..,
iii.0φ<<+∞()0R d φ+=20lim 4()0r r J r π→=通解:exp(/)exp(/)()a
r L r L S r A C r r φ−=++Σ由条件iii :2//00lim 4()lim 4[(1)(1)]0r L r L r r r r r J r D A e C e A C L L
ππ−→→=+−+=⇒=再由条件ii :
()exp(exp()0()[exp()exp()]a
a A R d C R d S R d R R d L R d L R d S A R d R d L L
φ+++=−++=++Σ+⇒=−++Σ−+所以:()[exp(/)exp(/)]1()cosh(/)()[1[exp()exp()]cosh()a a a R d S r L r L S S R d r L r R d R d R d r r L L L φ+−++=−
+=−+++ΣΣΣ−+(此时,)0lim ()0r J r →≠。