反应堆,核电站 高中物理课件教学提纲
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反应堆物理基础1.1.1 核反应与结合能核反应与我们熟知的化学反应有本质的不同。
化学反应是两个或数个原子的电子相互作用的结果,原子核没有改变;核反应则使原子核发生变化,并由此引起化学性质的改变。
核反应发生在一个原子核和一个粒子相遇的情况下,该粒子可能是质子、中子或氦核等,也可能是一种电磁射线。
除此之外,某些存在于自然界的核素很不稳定,会在没有外部干预的情况下自行裂变和衰变,放出粒子和能量,我们称这些核为放射性核。
核反应只涉及原子核,反应中吸收或放出的能量远大于化学反应。
核反应形成的新原子核往往是不稳定的,会放出能量,变成稳定核,也可能放出粒子变成另一原子核,这种现象称为衰变。
人们把放射性原子的数目衰变一半所需的时间定义为半衰期。
原子核由质子和中子组成,统称核子,但实际上一个原子核的质量小于组成它的单个核子的质量之和,这种差异称为原子核的质量亏损。
根据爱因斯坦质能方程,质量亏损对应于系统的能量变化:2C m E ⋅∆=∆其中C 为光速(3×108 m/s),∆E 和∆m 的单位分别为J 和Kg 。
当一定数量的质子和中子聚合起来组成一个原子核后,它们亏损了质量,相应地必然放出能量;反之,为了打破一个原子核,使每个核子分离开,就必须吸收对应于质量亏损的能量。
与质量亏损相应的能量叫做原子核的结合能。
质量亏损越大,原子核的核子结合越紧密,因而这个原子核越稳定。
在研究原子时,习惯上用电子伏特(eV )作为能量单位。
1电子伏特是带单位电子电荷的粒子不受阻碍地通过1V 电势时所获得的能量,1eV=1.60×10-19 J 。
在实际应用中,eV 显得太小,常用MeV 作单位,1MeV=106 eV 。
图1.1给出了不同核素的核子平均结合能随质量数(即核子数)的变化。
由图可见,最轻和最重的原子核的结合能较小,而中等质量的原子核则具有较大的结合能。
因此,如果把曲线两端的原子核通过核反应转变成位置较为中间的原子核,则质量亏损比原来的多,这种增加的质量亏损就会产生能量释放。
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。
慢化密度:在r 处每秒每单位体积内慢化到能量E 以下的中子数。