4.0.14.0.1核裂变过程与材料核裂变过程与材料(a)(a) 液滴模型液滴模型: :(b)(b)裂变过程裂变过程: :4.4.核裂变过程核裂变过程靶核俘获中子靶核俘获中子形成复合核形成复合核复合核退激复合核退激核裂变核裂变图2-7 液滴裂变机制示意图原子核液滴分裂模型原子核液滴分裂模型裂变临界能核裂变是中子轰击核裂变是中子轰击 原子核，原子核接原子核，原子核接 受中子后变得不稳受中子后变得不稳 定，从而分裂定，从而分裂复合核从变形到分复合核从变形到分 裂需要能量，所需裂需要能量，所需 的最小能量称为裂的最小能量称为裂 变临界能量变临界能量材料材料外部入射的外部入射的 自由中子自由中子 材料的裂变临界材料的裂变临界 能量小于入射中能量小于入射中 子的能量子的能量复合核复合核临界能临界能:发生核裂变的最小激发能发生核裂变的最小激发能Ecr(critical energy)靶原子核靶原子核复合核的临界裂变能复合核的临界裂变能 (Mev)中子的结合能（中子的结合能（Mev））钍钍-2326.55.1铀铀-2385.54.9铀铀-2355.36.4铀铀-2334.66.6钚钚-2394.06.4几种核素的临界裂变能几种核素的临界裂变能>易易 裂裂 变变 材材 料料重核的裂变重核的裂变 临界能量小临界能量小天然的核燃料天然的核燃料可转换核素可转换核素燃料裂变时能量的释放燃料裂变时能量的释放 (MeV)(MeV)易裂变燃料易裂变燃料–233U190.0+/-0.5–235U192.9+/-0.5–239Pu198.5+/-0.8–241Pu200.3+/-0.8可裂变燃料可裂变燃料–232Th184.2+/-0.9–234U188.9+/-1.0–236U191.4+/-0.9–238U193.9+/-0.8–237Np193.6+/-1.0–238Pu196.9+/-0.8–240Pu196.9+/-1.0–242Pu200.0+/-1.9天然存在天然存在裂变能量释放裂变能量释放nBaKrUnU2139 5645 36236 92235 92反应前后的质量变化反应前后的质量变化裂变前裂变前质量质量(u)裂变后裂变后质量质量(u)235U235. .12495Kr94. .945n1. .00867139Ba138. .9552n2. .01734总计总计236. .13267235. .917质量亏损：质量亏损：236.132 67-235.917＝＝0.215（（u））=200Mev=200Mev1u的总能量为的总能量为931兆电子伏兆电子伏4.1.1 4.1.1 235235铀核裂变裂变能量的释放铀核裂变裂变能量的释放Energy%MeVFission fragment kinetic energy80168Prompt gamma rays47Neutrons35Fission product gamma rays47Beta particles48Neutrinos512Total100~20780%3%4%4%4%5% neutrinos裂变中放出的能量分布裂变中放出的能量分布停堆余热计算停堆余热计算（（堆芯长期冷却堆芯长期冷却））平均每次裂变的衰变功率与延迟时间的关系：平均每次裂变的衰变功率与延迟时间的关系： 2 . 166. 2ttPdMev/st t为裂变发生后的时间为裂变发生后的时间若反应堆在功率水平若反应堆在功率水平P P运行了运行了T T秒，则停堆后秒，则停堆后ττ秒时刻裂秒时刻裂变产物变产物ββ射线和射线和γγ射线释放的总功率为射线释放的总功率为P P—堆功率水平；堆功率水平； ττ—停堆后停堆后ττ时刻（时刻（10s0.1Mev））热中子热中子 ( 1K > 1 超临界，功率增加超临界，功率增加K = 1K = 1 临界，临界，功率恒定功率恒定K < 1K < 1 次临界，功率降低次临界，功率降低设计时的保守估计设计时的保守估计反应堆有限大，定义为反应堆有限大，定义为Keff可见：可见：Keff=k∞PLPLPL临界尺寸临界尺寸临界质量临界质量几何形状几何形状中子寿命循环Neutron life cycleFission neutronLeak out of systemAbsorbed in systemAbsorbed in non-fuelAbsorbed in fuelRadiative captureFissionPNLPAFPfn new fission neutrons1.1.反应堆内中子数目的增减与平衡浓度的决定过程反应堆内中子数目的增减与平衡浓度的决定过程(1) (1) 铀铀- -238238的快中子倍增；的快中子倍增；(2) (2) 燃料吸收热中子引起的裂变；燃料吸收热中子引起的裂变；(3) (3) 慢化剂以及结构材料等物质的辐射俘获；慢化剂以及结构材料等物质的辐射俘获；(4) (4) 慢化过程中的共振吸收；慢化过程中的共振吸收；(5) (5) 中子的泄漏。
中子的泄漏I) I) 慢化过程中的泄漏慢化过程中的泄漏(II) (II) 热中子扩散过程中的泄漏热中子扩散过程中的泄漏竞争竞争2.2.热中子反应堆热中子反应堆内的中子平衡图内的中子平衡图举一个例子循环往复循环往复20包括铀包括铀238238核裂变在内所有裂变产生的快中子总数与铀核裂变在内所有裂变产生的快中子总数与铀235235核热中子裂变产生的快中子数之比核热中子裂变产生的快中子数之比: :4.4.逃脱共振吸收几率Ｐ逃脱共振吸收几率Ｐ在慢化过程中逃脱共振吸收的中子份额就称作逃脱共振在慢化过程中逃脱共振吸收的中子份额就称作逃脱共振吸收几率吸收几率慢化到热能区中子数与慢化到热能区中子数与1.1Mev1.1Mev以下以下且留在堆内的快中子且留在堆内的快中子数之比数之比5.5.不泄漏几率Ｐ不泄漏几率ＰL L（（ ∧∧NLNL））∧∧FN∧∧TN6.6.热中子利用系数热中子利用系数f f7.7.有效裂变中子数有效裂变中子数ηη四因子公式四因子公式 εε——快中子倍增因子快中子倍增因子 p p——逃脱共振吸收几率逃脱共振吸收几率 f f—— 热中子利用系数热中子利用系数 ηη——有效裂变中子数有效裂变中子数ε =ε =（热中子裂变产生的快中子数（热中子裂变产生的快中子数 + +快中子裂变产生的净快中子数）快中子裂变产生的净快中子数）/ / 热中子裂变产生的快中子数热中子裂变产生的快中子数p =p =通过共振吸收能量间隔而进入通过共振吸收能量间隔而进入 热能区的中子数热能区的中子数/ /进入共振能量间进入共振能量间 隔的快中子数隔的快中子数η =η =核燃料吸收热中子所产生的裂核燃料吸收热中子所产生的裂 变中子数变中子数/ /核燃料吸收的热中子数核燃料吸收的热中子数无限介质增殖系数无限介质增殖系数k∞=ε pfη四因子公式四因子公式f =f =核燃料吸收的热中子数核燃料吸收的热中子数/ /（核燃（核燃 料吸收的热中子数料吸收的热中子数+ +其它材料吸收其它材料吸收 的热中子数）的热中子数）六因子公式六因子公式k ∞ ——无限介质增殖 系数k∞=ε pfηPL=PsPdk keff eff =k=k∞∞P PL L=εpfηP=εpfηPs sP Pd d系统内中子的吸收率系统内中子的产生率k不泄漏几率不泄漏几率系统内中子的泄漏率系统内中子的吸收率系统内中子的吸收率 LPPNL=63Six factors formula for a typical thermal reactor 典型的一个热中子反应堆六因子的数值典型的一个热中子反应堆六因子的数值1.650.711.020.870.970.99FNLTNLfpPP1k 核裂变原理；核裂变原理；裂变能量分配；裂变能量分配；裂变产生的中子；裂变产生的中子；裂变产物；裂变产物；反应堆功率与中子通量；反应堆功率与中子通量；衰变热、放射性活度估算；衰变热、放射性活度估算；中子生命循环；中子生命循环；四因子公式和六因子公式中每一个因子的含义；四因子公式和六因子公式中每一个因子的含义；链式裂变反应、临界质量和临界体积。
链式裂变反应、临界质量和临界体积ReviewAny questions?。