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1、核反应堆物理-复习重点-答案汇总-图文第一章核反应堆的核物理基础（6学时）1.什么是核能？包括哪两种类型？核能的优点和缺点是什 么？核能：原子核结构发生变化时释放出的能量，主要包括裂变 能和聚变能。优点：1）污染小：2）需要燃料少；3）重量轻、体积小、不 需要空气，装一炉料可运行很长时间。缺点：1）次锕系核素具有几百万年的半衰期，且具有毒性， 需要妥善保存；2）裂变产物带有强的放射性，但在300年之内可 以衰变到和天然易裂变核素处于同一放射性水平上；3）需要考虑 排除剩余发热。2.核反应堆的定义。核反应堆可按哪些进行分 类，可划分为哪些类型？属于哪种类型的核反应堆？核反应堆：一种能以可控方式产
2、生自持链式裂变反应的装 置。核反应堆分类：分类的着眼点A.用途名称和特征A1动 力堆：发电，供热，作为推进动力A2生产堆：生产钵一239或氤 A3研究试验堆A4特殊用途堆3.原子核基本性质。核素：具 有确定质子数Z和核子数A的原子核。同位素：质子数Z相同而 中子数N不同的核素。同量素：质量数A相同，而质子数Z和中子数N各不相同的 核素。同中子数：只有中子数N相同的核素。原子核能级：最低能量状态叫做基态，比基态高的能量状态 称激发态。激发态是不稳定的，会自发跃迁到基态，并以放出射 线的形式释放出多余的能量。核力的基本特点：1)核力的短程性2)核力的饱和性3)核力与电荷无关4.原子核的衰变。包括：
3、放射性同位素、 核衰变、衰变常数、半衰期、平均寿命的定义；理解衰变常数的 物理意义；核衰变的主要类型、反应式、衰变过程，穿透能力和 电离能力。放射性同位素：不稳定的同位素，会自发进行衰变，称为放 射性同位素。核衰变：有些元素的原子核是不稳定的，它能自发 而有规律地改变其结构转变为另一种原子核，这种现象称为核衰 变，也称放射性衰变。衰变常数：它是单位时间内衰变几率的一种量度；物理意义 是单位时间内的衰变几率，标志着衰变的快慢。半衰期：原子核衰变一半所需的平均时间。平均寿命：任一时刻存在的所有核的预期寿命的平均值。衰 变类型细分前后变化射线性质a B a B- B+电子俘获Z减少2, A减少4 Z
4、增加1, A 不变Z减少1, A不变Z减少1, A不变 激发态向基态跃迁 电离 本领强，穿透本领小电离本领较弱，穿透本领较强Y Y电离 本领几乎没有，穿透能力很强5.结合能与原子核的稳定性。包 括：质量亏损、结合能和比结合能的定义；理解释放能量的两种 途径。质量亏损：核子（质子和中子）结合构成原子后总质量减 少。结合能：根据爱因斯坦质能公式，原子核形成过程中，质量减少了，减少的质量必然以能量的形式放了出来，这种能量称为结合能。比结合能：由单个核子（质子和中子）结合成该原子核时平 均到每个核子所释放的能量。释放核能的两种途径：轻核聚变； 重核裂变原因：相对于中等核来说，轻核和重核的比结合能较小；
5、从 比结合能定义，通过把结合能比较小的核素变成结合能比较大的 中等核，就能放出一些能量，这正是目前通过重核裂变成中等核 或轻核聚变成中等核等方式来利用原子核能的思路。6.中子与 核发生相互作用。包括：理解特性；理解相互作用过程；熟悉作 用最终结果；熟悉核反应式表达形式；熟悉主要反应类型。遵循的原则：核子数守恒，电荷数守恒，动量守恒，能量守 恒（动能和质量能）中子的特性：不带电荷，与原子核相互作用不存在库伦垒力，可与核直接作用中子与核发生相互作用过程：势散射、直接 相互作用、复合核的形成中子与核相互作用最终结果分两大类：散射：弹性散射和非 弹性散射；吸收：包括（n, f）；（n,Y）;（n,a）
6、；（n, p）等核反应式表达形式：主要反应类型：弹性散射：靶核内能不变即基态，经典力学适用（动量和动 能都守恒），热中子反应堆内起主要作用，（n, n）非弹性散射：靶核内能发生变化（动量守恒，动能不守 恒），处在激发态上，并返回基态，放出射线，阈能特点，（n, n）辐射俘获（包括共振吸收）：复合核退激过程238U+n一239U一一239Pu； 232Th +n 一 233Th 一一233U；（n,Y）放出带电粒子的反应：10B +n 一7Li + 4He； 16O +n 一16N+1H；（n,a）,（n，p）放出n个中子的反应：（n, 2n）,（n, 3n）裂变反应：235U+n一236U*一
7、A1X+A2X+vn；（n, f）7. 核截面和核反应率。包括：微观截面、宏观截面、平均自 由程、核反应率和中子通量密度的定义并理解；掌握核反应截面 随中子能量的变化规律。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-282度量。单位通常为barn （靶），10m。-1-1宏观截面：；即核密度与该核的微观截面的乘积。单位m。习 惯用cm。3物理意义1：表征一个中子与单位体积内（1m）内的原子核发 生核反应的平均几率大小的一种度量。物理意义2： 一个中子穿行单位距离与核发生反应的几率大小 的一种度量。平均自由程：我们把宏观截面的倒数定义为平均自由程，记 为入。物理意
8、义：平均自由程表示的是中子在介质中运动时，平均 要走多长路程才与介质的原子核发生一次相互作用。截面随中子能量的变化规律：1）低能区（E10keV），截面一般都很小，通常小于10靶，而且 截面随能量变化也趋于平滑。核反应率：单位时间内在单位体积内发生核反应的次数。其中，中子通量密度巾：单位体积中（1m3）所有中子在单位 时间（Is）内飞行的总路程。8. 核反应的共振现象。包括：共振类型、特点和共振峰的典 型参数；多普勒效应的定义；共振的性质；共振类型：俘获共振、散射共振、裂变共振特点：重核在低能区和中能区就存在；前段可分辨，后段逐 渐难分辨共振峰的典型参数：共振能，峰值截面和能级宽度多普勒效应：
9、因靶核的热运动，本来具有单一能量的中子， 从它与核的相互作用看，与靶核的相对能量有一个范围展开，使 共振峰展开而共振峰的峰值下降，称为多普勒效应。共振的性 质：靶核的温度上升，共振峰进一步加宽和降低峰值，称为 多普勒展宽。积分值不变，即不随温度T变化而变化。9. 核裂变反应。包括：理解易裂变核和可裂变核；理解裂变 截面（微观截面和宏观截面）与哪些因素有关。微观裂变截面与 哪些因素有关？掌握核反应堆内的主要放射性来源、瞬发中子和 缓发中子、有效裂变中子数，裂变中子的能量分布规律及平均能 量，裂变能量种类及可回收情况，反应堆功率和核裂变反应率的 关系，停堆后的衰变热规律等。易裂变核：吸收动能为零的
10、中子后就可以裂变的核。如可裂变核：入射中子必须具有一定动能才能使之裂变的核， 如。宏观截面大小影响因素：入射中子能量，靶核类别，靶核温 度，靶核密度。微观截面大小影响因素：入射中子能量，靶核类别，靶核温 度。堆内的主要放射性来源：裂变产物的放射性衰变。瞬发中子和缓发中子：有效裂变中子数：表征燃料核每吸收一个中子后平均放出的 中子数，称为有效裂变中子数，用n表示。裂变中子的能量分布规律：瞬发裂变谱：瞬发中子的平均能量约为2MeV裂变能量种类及可回收情况：反应堆功率和核裂变反应率的关系：反应堆热功率：=RV。其中，R为核裂变反应率。停堆后衰变热功率：1）部分裂变产物释放的缓发中子引起的核裂变产生的
11、能量， 只在停堆后几分钟内到几十分钟起作用。2）裂变产物和中子俘获物进行放射性衰变，释放出能量，是反应堆剩余功率的主要来源。第二章中子慢化和扩散（5学时）1）自持链式裂变反应的定义。从自持角度分析反应堆在哪些 情况下分别属于哪几种状态？自持链式裂变反应：反应堆系统内发生的裂变反应在不依靠 外界补充中子的情况下，能持续一代一代地发展下去，这样的链 式反应叫做自持链式裂变反应。三种链式反应：2）中子循环的定义。中子消失的途径和位置。中子循环：就是指裂变中子经过慢化成为热中子，热中子击 中燃料核引发裂变又放出裂变中子这一不断循环的过程。中子消 失的途径和位置：3）在热中子反应堆中，中子的增减和平衡主
12、要有哪些过程。 增加过程：1）U-238的快中子增殖2）U-235的热中子裂变 减 少过程：1）慢化剂和结构材料等物质的辐射俘获。2）慢化过程中的共振吸收。3）中子的泄漏。包括：慢化过程中的泄漏。Pf热中子扩散过程中的泄漏。Pt 4）六个因子的定义。四因 子和六因子公式。快中子倍增系数：由一个初始裂变中子所得到的，慢化到 U-238裂变阈能以下的平均中子数。逃脱共振几率P：慢化过程中逃脱共振吸收的中子所占的份 额。快中子不泄漏几率Pf：快中子没有泄漏出堆芯的几率。热中子不泄漏几率PT:热中子在扩散过程中没有泄漏出堆芯 的几率。热中子利用系数f：（燃料吸收的热中子数）/ （被吸收的 全部热中子数，包括被燃料，慢化剂，冷却剂，结构材料等所有 物质吸收的热衷子数）
