第二章 中子慢化与慢能谱VIP免费

第二章：中子慢化与慢化能谱0引言反应堆内裂变中子具有相当高的能量，其平均值约为2Mev。快中子反应堆尽量避免低质量数的材料，以免导致中子能量降低。热中子反应堆慢化过程是一个非常重要的物理过程（散射）。nMneutronnucleus慢化(moderation)：在无明显俘获的情况下，由散射引起中子能量降低的过程。几个基本假设：1与中子相比，慢化剂核静止；2核不被束缚在固体、液体或气体分子中；3中子与核每次碰撞都导致能量的降低。中子慢化能谱：反应堆处于稳态时，中子通量密度按能量具有稳定的分布。空间与能量分离，对空间作简化，无限介质（最简单的情况，不考虑空间变量）。忽略中子慢化通量密度和空间的依赖关系以及中子泄露的影响。§2.1中子的弹性散射过程运动的中子与静止的核碰撞。碰撞前、后，其动量和动能守恒，并可用经典力学的方法来处理。两个参照系实验室坐标系（L系）质心(C系)§2.1.1弹性散射时能量的变化A质心速度vVvvAACMc111中子碰前速度：vVVACMc111靶核碰前速度：中子与核的总动量011vvVvPMmmMMmmMMmcccB用上角标’表示碰撞后的量，则根据碰撞前后的动量守恒和动能守恒，有VvVvccccMmMm222,2,212121210,,VvccMmccvvccVV111vAVc11vAAvc在C系内，碰撞后，中子和靶核的速度在数值上不变，仅改变了运动方向。碰撞后，散射中子沿着与它原来运动方向成角度的方向飞去。θc角叫做C系内的散射角。我们感兴趣的是在L系内碰撞前后中子能量的变化。因而必须把C系中得到的结果变换到L系中来。VCMcCMccCMVvvVcos2v2221)1.2(111vVACM)7.2(11vAAvcL系内碰撞后与碰撞前中子能量之比）（11.2)1(1cos2222121AAAvvEEc散射角余弦211AAcEEcos)1()1(21'讨论：应选轻核作慢化剂cEEcos)1()1(21'211AAVcmccCMvVcoscosv111111v1cos1vcoscosvAAvVcccCM或）（16.21cos21cos2ccAAAEEAEEA)1()1(21cos1（2.11）代入（2.16）分析L系和C系中散射角之间的关系实验室坐标系中散射角余弦和碰撞前后中子能量的关系根据碰撞后中子散射角分布的几率变可以求得碰撞后中子能量分布的几率。散射函数§2.1.2散射后中子能量的分布ccEEddsin)1(2碰撞前中子能量为E，碰撞后中子能量落在E和之间的任一能量处的几率与碰撞后能量大小无关，并等于常数。或者说，散射后的能量分布是均匀的。EEE可计算中子遭受一次弹性碰撞的平均最终能量为：一、对数能降——基准能量与中子能量之比的自然对数§2.1.3平均对数能降uuuduuf1)(必然存在能量为E0的中子与慢化剂核n次碰撞，能量依次降为E1,E2,……En，则：nnnEEEEEEEE121100nnnnnnEEEEEEEEEE1121100lnlnlnlnln10lnlnnnnnEEEE碰撞对数能降二、平均对数能降2)11(AA22)11ln(2)1(1AAAA2121clnlnlnNEEEE三、平均碰撞次数AdAAAcccc32sin1cos21cos2120§2.1.4平均散射角余弦某介质的宏观散射截面与中子平均对数能降的乘积。慢化剂的慢化能力与慢化比。§2.1.5慢化剂的选择s慢化能力（slowing-downpower)/sa慢化比（moderatingrate）②D2O的最大，可用天然铀，但价格昂贵，堆芯体积较大。/sa重水堆秦山三期切尔诺贝利石墨堆§2.1.6中子的平均寿命在无限介质内，裂变中子由裂变能E0慢化到热能Eth所需要的平均时间，称为慢化时间。设中子的速度为v，则在dt时间间隔内每个中子平均与原子核发生碰撞的次数为()svdtnE()sE是能量为E的中子的散射平均自由程。由于每次碰撞的平均对数能降等于，因此在dt时间内，对数能降u的增量等于，即n()svdudtE一、慢化时间()sEdEdtvE0()thEssEEdEtvE0112[]ssthtEE由E0慢化到Eth所需要的慢化时间ts等于ss()sE2vE设与能量无关，或者可用一个适当的平均值来代替，同时由于，因此...