核反应堆工程 绪论

核反应堆的原理与工程应用核反应堆是人们利用核能进行能源开发的重要设备。

它利用分裂核反应或者核聚变反应来释放能量，从而发电或者提供热能。

本文将介绍核反应堆的原理和工程应用。

一、核反应堆的原理核反应堆的核心是燃料元件，其中填充着丰度不同的核燃料。

核燃料中的原子核能够被中子轰击，产生裂变反应或聚变反应。

当裂变反应发生时，一个高速中子撞击核燃料中的核子，使得该核子的能量变得很高，发生裂变的同时还释放出更多的中子。

这些中子会继续撞击其他核燃料，形成可持续的链式反应。

这种反应释放的能量可以被吸收和利用，从而产生能量。

而聚变反应指的是两个原子核碰撞，粘合在一起形成一个更重的原子核。

这种反应需要非常高的温度和压力，只有太阳等高能环境才能发生。

因此，目前在核反应堆中主要运用核裂变反应。

核反应堆的反应堆芯中有一个反应控制系统，用来控制反应堆的中子流。

在反应堆中，中子流太多容易导致反应过度，发生核事故；反之，则会导致核反应堆的功率不足，影响其使用。

因此，反应控制系统通过控制聚变反应的速率，来保证反应堆的安全运行。

二、核反应堆的工程应用核反应堆主要用于发电、推进动力和核技术研究等方面。

（一）核电站核电站是应用核反应堆进行能源利用的典型工程应用。

核电站利用核反应堆产生的热能，驱动蒸汽涡轮发电机组，产生电能。

核电站具有高效稳定的特点，且发电过程中无排放污染物，因此在现代工业中发挥着重要作用。

但核电站安全问题也受到人们的普遍关注。

因此，在设计和运营过程中，必须制定一系列的措施保证核反应堆的安全，同时还要在核事故发生时能够采取快速有效的应变措施，减少事故带来的影响。

（二）核燃料加工核燃料的加工是指将天然铀提纯成可用于核反应堆的核燃料。

目前主要采用的方法是铀浓缩和浸出。

（三）核推进技术核推进技术是指利用核反应堆的热能或电能，提供足够的推进动力，从而实现飞行器等的航天应用。

它主要利用核反应堆的高能量密度，实现对于电子器件过于脆弱的导电线路的最小化限制。

第一章反应堆简介1. 反应堆概念核反应堆是利用易裂变物质使之发生可控自持链式裂变反应的一种装置。

2. 反应堆的用途生产堆：专门用于生产易裂变或聚变物质的反应堆实验堆：主要用于实验研究动力堆：用于动力或直接发电的反应堆3. 反应堆种类按慢化剂和冷却剂可分为：轻水堆、重水堆、石墨气冷堆和钠冷快堆等其中，动力堆的类型有压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(HWR)、气冷堆(HTGR)、快中子增殖堆(LMFBR、GCFR)第二章核物理基础1. 原子与原子核92种天然元素和12种人工元素；原子核由质子和中子组成（H除外），质子和中子通称为核子，核子数即称质量数2. 原子核的组成及属性(电、质量、尺寸)原子核带正电，半径为121310~10cm--，其中质子带正电，质量为1u，中子不带电，质量为1u3. 同位素及核素的表示符号同位素是指质子数相同而中子数不同的元素，其化学性质相同，在元素周期表中占同一个位置，丰度。

例P有7种同位素，但每一种P均为一种核素。

核素的表示AZX。

4. 原子核的能级状态，激发态原子核内部的能量是量子化的，即非连续，可分为基态和激发态，激发态能级不稳定，易发生跃迁释放能量5. 原子核的稳定性，衰变与衰变规律一般而言，质子数和中子数大致相等时原子核是稳定的，而质子数与中子数差别很大时则原子核不稳定。

衰变：原子核自发地放射出α和β等粒子而发生的转变，常见的有β±衰变、α衰变、γ衰变等。

对单个原子核而言，衰变是不确定的；对大量同类原子核而言，衰变是按指数规律进行的，即0e tN Nλ-=6. Alpha 、Beta 、Gamma 衰变Alpha 衰变是指衰变过程中释放出α粒子（He 核，两个中子和两个质子组成）Beta 衰变是指衰变过程中原子核释放出电子（正/负），内部一质子变为中子Gamma 衰变是原子核从较高的激发态跃迁到较低的激发态或基态，释放出γ射线7. 衰变常数、半衰期、平均寿命一个原子核在某一小段时间间隔内发生衰变的几率即为衰变常数λ，其反应的是原子核本身特性，与外界条件无关。

核反应堆工程概论——习题作业——刘巧芬 2011212386第二章 核物理基础2.1假设一个成年人体内含有0.25kg 的钾，其中0.012%的钾是放射性Beta 的发射体钾-40(半衰期1.3x109a)。

试计算该人体的活度。

2.2以MeV 为单位计算下列三种聚变反应中释放的能量：12122301H H He n +−→−+ 12121311H H H H +−→−+ 13122401H H He n +−→−+使用质量 11H = 1.007825; 12H = 2.014102; 13H = 3.01605; 23He = 3.01603; 24He = 4.002603; 01n =1.008665。

质量单位为原子质量单位u ：1u = 1.6605655x10-27kg 。

假设前两个反应以相同的速率同时发生，而第二种反应中生成的3H(氚)又迅速地发生了第三个反应。

试估算1kg 的氘发生上述三中聚变反应后理论上可得到多少能量。

将结果与1kg 的235U 裂变所释放的能量相比较。

2.3氢的热中子俘获微观截面为0.33靶，氧是2x10-4靶。

试分析水分子的热中子俘获宏观截面(水的密度取1.0吨/米3)。

比较该宏观截面中氢和氧的贡献比例。

2.4如果每100个铀原子裂变产生25个稳定的裂变产物气体原子(气体为单原子气体)，试分析一座热功率为3000MW的反应堆运行一年产生的裂变气体在标准状态下的体积。

2.5每次裂变的裂变产物衰变热可近似描述成Pd=2.85x10-6 T-1.2 MeV/s。

3000MW热功率的反应堆稳定运行T0时间后停堆。

试推导停堆后t时刻裂变产物衰变热(剩余发热)功率。

时间T、T0、t均以天为单位。

2.6 100万千瓦电功率的反应堆内每年约多少吨235U裂变？同样电功率的燃煤锅炉每年要燃烧多少吨煤？假设：核电站和火电站的热电转换效率分别为33%和40%。

核反应堆内的裂变能皆由235U产生，每次裂变的可回收能量为200MeV。

核反应堆的设计与建造核反应堆是一种能够产生核能的装置，它在能源领域具有重要的地位。

核反应堆的设计与建造是一个复杂而严谨的过程，需要考虑到安全性、效率性以及环境保护等多个方面的因素。

本文将介绍核反应堆的设计与建造的基本原理和步骤。

一、核反应堆的设计核反应堆的设计是核能工程的核心环节，它直接关系到核反应堆的性能和安全性。

核反应堆的设计需要考虑以下几个方面的因素：1. 反应堆类型的选择：根据不同的需求和应用场景，可以选择不同类型的核反应堆，如压水堆、沸水堆、重水堆等。

不同类型的核反应堆有着不同的特点和适用范围，设计时需要根据具体情况进行选择。

2. 燃料选择：核反应堆的燃料通常是铀或钚等放射性物质，设计时需要考虑燃料的稳定性、寿命以及产生的放射性废物处理等问题。

3. 反应堆结构的设计：核反应堆的结构设计需要考虑到燃料元件的布置、冷却剂的循环以及反应堆容器的材料选择等因素。

合理的结构设计可以提高核反应堆的效率和安全性。

4. 安全系统的设计：核反应堆的安全系统是保证核反应堆安全运行的重要组成部分，设计时需要考虑到事故防范、应急处理以及辐射防护等方面的问题。

二、核反应堆的建造核反应堆的建造是核能工程的实施阶段，它需要严格按照设计要求进行施工和安装。

核反应堆的建造包括以下几个步骤：1. 场地准备：核反应堆的建造需要选择合适的场地，场地应具备良好的地质条件和安全性。

在场地准备阶段，需要进行地质勘察、环境评估以及土地征用等工作。

2. 建筑结构的施工：核反应堆的建筑结构包括反应堆容器、冷却系统、安全系统等部分。

在建筑结构的施工过程中，需要严格按照设计要求进行施工，确保结构的稳定性和安全性。

3. 燃料元件的装载：核反应堆的燃料元件是核反应堆的核心部分，装载燃料元件需要严格控制放射性物质的泄漏和辐射防护。

装载燃料元件需要进行严格的操作和监测，确保装载过程的安全性。

4. 系统调试和运行：核反应堆建造完成后，需要进行系统调试和运行试验。