核反应堆物理分析习题

核反应堆物理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 核反应堆中，中子的平均自由程是指（）。

A. 中子在反应堆中自由运动的平均距离B. 中子在反应堆中被吸收或散射的平均距离C. 中子在反应堆中被裂变的平均距离D. 中子在反应堆中被慢化的平均距离答案：B2. 核反应堆的临界状态是指（）。

A. 反应堆功率为零B. 反应堆功率为最大C. 反应堆中中子的产生率等于中子的消失率D. 反应堆中中子的产生率大于中子的消失率答案：C3. 核反应堆中，快中子是指（）。

A. 能量高于1MeV的中子B. 能量低于1eV的中子C. 能量在1eV到1keV之间的中子D. 能量低于1MeV的中子答案：A4. 核反应堆中，慢化剂的主要作用是（）。

A. 增加中子的产生B. 减少中子的消失C. 降低中子的能量D. 提高中子的穿透力答案：C5. 核反应堆中，冷却剂的主要作用是（）。

A. 传递热量B. 产生中子C. 慢化中子D. 吸收中子答案：A6. 核反应堆中，控制棒的主要作用是（）。

A. 传递热量B. 产生中子C. 慢化中子D. 吸收中子答案：D7. 核反应堆中，燃料棒的主要作用是（）。

A. 传递热量B. 产生中子C. 慢化中子D. 吸收中子答案：B8. 核反应堆中，反射层的主要作用是（）。

A. 传递热量B. 产生中子C. 慢化中子D. 反射中子答案：D9. 核反应堆中，中子通量密度是指（）。

A. 单位时间内通过单位面积的中子数B. 单位时间内通过单位体积的中子数C. 单位面积上的中子数D. 单位体积上的中子数答案：B10. 核反应堆中，中子注量率是指（）。

A. 单位时间内通过单位面积的中子数B. 单位时间内通过单位体积的中子数C. 单位面积上的中子数D. 单位体积上的中子数答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 核反应堆中，中子的慢化过程是通过与______相互作用实现的。

答案：慢化剂2. 核反应堆中，中子的倍增过程是通过______实现的。

8.5m1
第一章、核反应堆的核物理基础
3、求热中子（0.025电子伏）在轻水、重水、和镉中运 动时，被吸收前平均遭受的散射碰撞次数。
解：设碰撞次数为t
t a s n s s s a n a a 103
tH2O 0.66 156
13.6 tD2O 0.001 13600
tCd
7 2450
235
aH2O
0.600 106 H2O
18.016
aAl
0.398106 Al
26.98
]
6.02 1023[680.9 1028 0.002 106 18.9 235
0.66 1028 0.600 106 1 0.2411028 0.398106 2.699]
18.016
26.98
解：
c5
[1
0.9874( 1
1)]1
[1 0.9874( 1 1)]1 0.032
0.0324
n5 c5 0.0324 0.0335 n8 1 c5 1 0.0324
第一章、核反应堆的核物理基础
13、为了使铀的η=1.7，试求铀中铀-235的富集度为多少 （设中子能量为0.0253eV）。
2.86 103
第一章、核反应堆的核物理基础
8、某反应堆在额定功率500兆瓦下运行了31天后停堆，设每 次裂变产生的裂变产物的放射性活度为1.08×10-16t-1.2居 里。此处t为裂变后的时间，单位为天，试估算停堆24小 时堆内裂变产物的居里数
解：
Eday 500106 243600J
nday
解：热功率
Pth
Pe
1000106 0.32
3.125109W

第三章1.有两束方向相反的平行热中子束射到235U 的薄片上，设其上某点自左面入射的中子束强度为122110cm s --⋅。

自右面入射的中子束强度为1221210cm s --⨯⋅。

计算： （1）该点的中子通量密度； （2）该点的中子流密度；（3）设2119.210a m -∑=⨯，求该点的吸收率。

解：（1）由定义可知：1221310I I cm s φ+---=+=⨯（2）若以向右为正方向：1221110J I I cm s +---=-=-⨯ 可见其方向垂直于薄片表面向左。

（3）2122133119.21031010 5.7610a a R cm s φ---=∑=⨯⨯⨯⨯=⨯ 2.设在x 处中子密度的分布函数是：0(,,)(1cos )2x aEn n x E e e λμπ-Ω=+ 其中：,a λ为常数， μ是Ω与x 轴的夹角。

求： （1） 中子总密度()n x ；（2） 与能量相关的中子通量密度(,)x E φ; （3） 中子流密度(,)J x E 。

解：由于此处中子密度只与Ω与x 轴的夹角相关，不妨视μ为视角，定义Ω在Y Z -平面影上与Z 轴的夹角ϕ为方向角，则有：（1） 根据定义：可见，上式可积的前提应保证0a <，则有：（2）令n m 为中子质量，则2/2()n E m v v E =⇒= （等价性证明：如果不做坐标变换，则依据投影关系可得：则涉及角通量的、关于空间角的积分：对比：可知两种方法的等价性。

）（3）根据定义式：利用不定积分：1cos cos sin 1n nxx xdx C n +=-++⎰（其中n 为正整数），则： 6．在某球形裸堆（R=0.5米）内中子通量密度分布为 试求：（1）(0)φ;（2）()J r 的表达式，设20.810D m -=⨯；（3）每秒从堆表面泄露的总中子数（假设外推距离很小，可略去不济）。

解：（1）由中子通量密度的物理意义可知，φ必须满足有限、连续的条件（2） 中子通量密度分布：17510()sin()rr r Rπϕ⨯= 21cm s -- ()r D e rϕ→∂=-∂ （e →为径向单位矢量）（3）泄漏中子量=径向中子净流量×球体表面积 中子流密度矢量：∵()J r 仅于r 有关，在给定r 处各向同性 7.设有一立方体反应堆，边长9a =.m 中子通量密度分布为：已知20.8410,0.175.D m L m -=⨯= 试求： （1）()J r 的表达式；（2）从两端及侧面每秒泄露的中子数；（3）每秒被吸收的中子数（设外推距离很小，可略去）。

第 1 页100. 单位体积内有多种元素的原子核，其宏观截面的表达式是什么？ 答案： 设单位体积内有几种原子核，其核子数分别为N 1……N i ……N n ；其对应的微观截面为σ1……σi ……σn ；则其宏观截面Σ的表达式为：101. 什么是复核模型？答案： 是用来解释入射粒子与靶核发生核反应的一种物理模型。

复核模型认为核反应存在一个复核的中间阶段，其过程可表为：a +A －→B *－→C+c其中a ――入射粒子；A ――靶核；B *――复核，一般处在激发态；C ――新核；c ――出射粒子。

102. 试说明微观截面的大致变化规律。

答案： 微观截面在不同入射中子能量及不同靶核质量数的情况下，差别是很大的。

对压水堆最重要的几个核反应，一般均可按中子能量不同分为三个区域：在低能区，微观截面或者保持常数（对(n,n)反应）或者与)1(1νE 成正比（对(n,γ)反应和(n,f)反应）。

在该区以上是共振区。

有多个共振峰存在。

在高能区是微观截面的平滑区。

103. 试说明235U 的裂变截面随中子能量的大致变化规律。

答案： 在低能区（热中子）(E n <lev)，σf 从4000ba-80ba 与E1成正比变化。

中能区（中能中子）(lev<E n <1000ev)，σf 有强烈的共振峰，σf 值峰顶200－300ba ，峰谷3－10ba 。

高能区（快中子）(E n >100ev)，σf 基本上是平滑地随能量增加而下降，从10ba-1.5ba 。

可见压水堆将快中子慢化成热中子是十分重要的。

104. 简述中子动力学中的点堆模型的物理概念。

答案： 这是研究反应堆中子动力学的一种近似方法，这种模型假定反应堆内各空间点上的中子通量、密度等参数随时间的变化规律是安全一样的。

这时我们把反应堆看作一个集中参数的系统，即一个没有空间分布的“点堆”来研究反应堆。

105. 写出点堆动力学方程组。

答案： ∑=++--=61)()()(1)1)(()(i i i eff dff t S t C t N l t k dt t dN λβ)()()()(t C t N l t k dt t dC i i ieff eff i λβ-= i=1，2， (6)为7个联立的微分方程组，其中：N (t)：为与时间相关的中子密度；K eff (t)：为与时间相关的K eff ；βeff 、βieff ：分别为总有效缓发中子份额和第I 组有效缓发中子份额；第 2 页l = K eff ∧：为瞬发中子平均寿命，∧为瞬发中子代时间；λi ：为第i 组先驱有效衰变常数；C i (t)：为与时间相关的第i 组缓发中子先驱核密度；S (t)：为外中子源强度。