第1章-核反应堆的核物理基础2014
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核反应堆物理分析第一章核反应堆的核物理基础1、反应堆:能够实现可控、自续链式核反应的装置。
2、反应堆物理:研究反应堆内中子行为的科学。
有时称neutronics。
或:研究、设计反应堆使得裂变反应所产生的中子与俘获反应及泄露所损失的中子相平衡。
3、在反应堆物理中,除非对于能量非常低的中子,都将中子视为粒子,不考虑其波动性及中子的不稳定性。
4、反应堆内,按中子与原子核的相互作用方式可分为三大类:势散射、直接相互作用和复合核的形成;按中子与原子核的相互作用可分为两大类:散射和吸收。
5、σ :微观截面表示平均一个入射中子与一个靶核发生相互作用的几率大小的一种量度,6、宏观截面:表征一个中子与单位体积内所有原子核发生核反应的平均概率;表征一个中子在介质中穿行单位距离与核发生反应的概率。
单位:1/m7、平均自由程λ: 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。
或:平均每飞行λ距离发生一次碰撞。
λ= 1/8、核反应率:单位时间、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)。
9、中子通量密度:表示1立方米内所有的中子在1秒钟内穿行距离的总和。
10、中子能谱分布:在核反应堆内,中子并不具有同一速度v或能量E,中子数关于能量E的分布称为中子能谱分布。
11、平均截面(等效截面):12、截面随中子能量的变化:一、微观吸收截面:①低能区(E<1eV)::中、重核在低能区有共振吸收现象②高能区(1eV<E<keV):重核:随着中子能量的增加,共振峰间距变小,共振峰开始重叠,以致不再能够分辨。
因此随E的变化,虽有一定起伏,但变得缓慢平滑了,而且数值甚小,一般只有几个靶。
轻核:一般要兆电子伏范围内才出现共振现象,且其共振峰宽而低。
二、微观散射截面:弹性散射截面σe :多数元素与较低能量中子的散射都是弹性的。
基本上为常数,截面值一般为几靶。
轻核、中等核:近似为常数;重核:在共振能区将出现共振弹性散射。
第一章核物理基础说起来,每年物理师上岗证考试前三章的基础内容都是重点复习内容,尽管在日常工作中应用不多,但作为一个物理师,顾名思义,与“物理”是有着紧密关系的,这就少不了一个物理师对物理学知识必须了解一些基本的东东。
总的来说,前三章内容以记忆为主,另加一些理解!前三章的概念比较多,类似的、相同性质的,比较分析会对理解记忆有帮助,注意区分那些不同点!原子结构原子结构这部分内容较少,知识点也较明确。
相对容易掌握。
1、原子结构的数量级10(-10),原子和原子核的数量级关系:10000倍;2、每个电子的电量约为1.6×10(-19);3、核素:具有确定质子数和中子数的原子的整体;4、同位素:原子序数相同而质量数不同的核素,在元素周期表中处于同一位置;5、轨道电子数:每个壳层最多容纳2n(2)个电子,各壳层的顺序依次为K、L、M、N、O、P、Q;每个次壳层最多容纳2(2l+1)个电子;《肿瘤放射物理学》第二页表1-1:电子的壳层结构是要多加记忆的。
原子、原子核能级1、电子在原子核库仑场中所具有的势能主要由主量子数n和轨道量子数l决定,并随n和l 的增大而提高;2、基态的定义3、由于高原子序数的原子核比低原子序数的原子核对电子的吸引力大,因此对于同一个能级,当所属原子的原子序数增大时,他的能量更低;4、能量值得大小等于壳层能级能量的绝对值,这些能量程为相应壳层的结合能;5、特征辐射、特征X线、俄歇电子6、当核获得能量,可以从基态跃迁到某个激发态。
当它再跃迁回基态时,以r射线形式辐射能量,能量值等于跃迁能级之差。
原子、原子核的质量1、1u=1/12C(12,6)原子质量------描述方法不好输入,凑合着看吧。
2、N A=6.02×10(23)3、1u=1/NA=1.66×10(-27)kg质量:中子>质子>>电子质量和能量的关系1、E=mC(2)2、电子静止能量:0.51MeV质子静止能量:938.3MeV中子静止能量:939.6MeV3、运动的物体质量随运动速度的变化关系式。
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。
微观截面:一个中子和一个靶核发生反应的几率。
宏观截面:一个中子和单位体积靶核发生反应的几率。
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。
分界能或缝合能:通常把某个分界能量E c以下的中子称为热中子,E c称为分界能或缝合能。
第三章—中子扩散理论中子角密度:在r处单位体积内和能量为E的单位能量间隔内,运动方向为 的单位立体角内的中子数目。
慢化长度:中子从慢化成为热中子处到被吸收为止在介质中运动所穿行的直线距离。
返回第一章核反应堆的核物理基础 (1)§1.1 基本概念 (1)§1.2 中子与原子核相互作用强度的量度 (7)§1.3 核裂变过程 (10)§1.4 热中子能谱与热中子平均截面 (14)§1.5 链式裂变反应 (16)第二章单速中子扩散理论第一章核反应堆的核物理基础§1.1基本概念1. 反应堆(reactor , nuclear reactor)能维持可控自持(续)核裂变链式反应的装置。
链式核反应(nuclear chain reaction):核反应产物之一能引起同类的反应,从而使该反应能链式地进行的核反应。
根据一次反应所直接引起的反应次数平均小于、等于或大于1,链式反应可分为次临界的、临界的或超临界的三种。
2. 反应堆物理(reactor physics)研究反应堆内中子行为的科学。
有时称neutronics。
或:研究、设计反应堆使得裂变反应所产生的中子与俘获反应及泄露所损失的中子相平衡。
中子行为扩散慢化中子与物质的相互作用核中子相互作用3. 原子核的特性(1)组成:玻尔模型。
Z :质子数 N :中子数 A :核子数 A=N+Z 符号:X AZ 同位素(Z 同,A 不同),化学性质相同,物理性质不同。
×=×=−−kgM kg M n P 2727106749543.1106726485.1质子(proton):稳定(T=×=−0)(106021892.119n p e C e 库仑1/2=1030 y )自由中子(free neutron):不稳定(T 1/2=10.6 min )→质子+电子+反中微子(anti neutrino) 原子质量单位(atom mass unit ):一个12C 中性原子处于基态的静止质量的1/12。
Mevkg amu 5.931106605655.1127=×=−在堆物理中不考虑自由中子的不稳定性。