反应堆物理期末卷文档格式.doc
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3)慢化剂温度系数如何设计?
4)反应堆正好临界时缓发中子如何起作用?
第三部分判断题(每题2分,共20分)
1)控制棒在堆芯中心位置移动时的微分价值最高()
2)233U、235U、239Pu、241Pu都是易裂变同位素()
3)共振散射与势散射在实验上是可以区分的()
4)中子平均自由程等于散射平均自由程与吸收平均自由程之和()
5)压水堆中中能区中子能谱符合1/v律()
6)中子的慢化主要靠中子与慢化剂核的弹性散射进行()
7)反应堆点堆模型没有考虑几何位置()
8)停堆后氙的浓度先升后降()
9)反应堆“紧急停堆”,是引入大的负反应性使反应堆立即关闭()
10)负温度系数可以使得反应堆内温度变化时功率能自行补偿调节()
第四部分计算题(4道题,每题10分,共40分)
4-1设半径为R的均匀介质球体内,每秒每单位体积均匀产生S个中子,试求球体内的中子通量密度分布。
4-2 试求边长为a,b,c(包括外推距离)的长方体裸堆的几何曲率和中子通量密度分布。
设有一边长为a=b=0.6m,c=0.8m(包括外推距离)的长方体裸堆,L=0.04m,τ=6cm2。
求达到临界时所必须的k∞。
4-3设在某动力反应堆中,已知平均热中子通量密度为φ,燃料的宏观裂变截面,栅元中宏观吸收截面,燃料与栅元的体积比=ε,试求135I,135Xe平衡浓度和平衡氙中毒。
(γI,γXe已知)
4-4设有一反应堆具有温度系数为-4×
10-5K,并等于常数。
试求:
1)堆内平均温度从350K升到480K和从580K降到480K时,剩余反应性的变化值;
2)若堆内平均温度变化率为50K/h,上述两种情况下的反应性变化率。
附表:
期末试卷二
一.名词解释:
(5x4分=20分)
1.逃脱共振俘获概率
2.反应性温度系数
3.核反应率
4.缓发临界
5.最大氙中毒
二、选择题:
(102分=20分)
1.下列核反应过程哪一种是中子慢化的主要因素?
()
A.直接非弹性散射B.共振散射C.弹性散射D.非弹性散射
2.下列哪些核素为易裂变同位素:
()
A.238UB.233UC.235UD.232Th
3.热中子在下列介质中平均自由程最小的是哪一种?
()
A.238UO2B.235UO2C.H2OD.结构材料
4.关于合理选取栅元下列说法正确的是:
A.芯部均匀布置的各组成部分最小结构单元B.芯部为一个栅元C.单一介质为同一个栅元D.燃料棒
5.下列哪些核素是反应堆的毒素?
A.238UB.135XeC.241AmD.149Sm
6.235U吸收热中子后的裂变中子能量平均约为:
A.1MeVB.2MeVC.3MeVD.10MeV
7.压水堆分界能通常取下列哪个值?
()
A.0.0253eVB.0.625eVC.1eVD.1000eV
8.下列关于斐克定律说法正确的是()
A.仅适用于单能中子B.仅适用于介质表面处C.仅适用于稳态计算D.不适用于强吸收体附近
9.关于反应堆保持临界下列说法正确的是:
A.k∞肯定大于1B.功率一定是额定值C.材料曲率大于几何曲率D.反应性为零
10.关于反应堆的周期,说法正确的是()
A.瞬发中子密度变化e倍的周期B.缓发中子密度变化e倍的周期C.反应堆的稳定周期D.反应堆额定功率运行时间
三.简答题(4x5分=20分)
1.截面随中子能量的变化规律如何?
2.紧急停堆后中子通量密度变化趋势?
试估算关闭反应堆所需时间。
3.直线外推距离对反应堆扩散方程求解有何作用?
直线外推距离所包围的外表面是否有中子泄漏,为什么?
4.缓发中子是如何产生的?
在反应堆动力学分析计算中,份额不足1%的缓发中子与份额超过99%的瞬发中子相比是否可以忽略不计?
为什么
四.计算题:
(总计40分)
1.反应堆电功率为1000MW,电站的效率为40%。
求反应堆中子通量密度。
(10分)
2.H和O在100eV到1eV能量范围内的散射截面近似为常数,分别为20b和38b。
计算H2O的ξ以及在H2O中中子从100eV慢化到1eV所需的平均碰撞次数。
(ξH=1.000,ξO=0.120)(10分)
3.试列出135I和135Xe浓度随时间变化的方程,并求出平衡135Xe浓度(235U裂变产物中135I和135Xe的产额分别为γI和γXe)。
(10分)
4.试写出带反射层的单群球形均匀反应堆临界方程的解,并给出求解系数的条件(芯部半径为R,反射层厚度为T)。
(10分)
1、在热中子反应堆中为什么要使用慢化剂?
慢化剂的工作原理是什么?
并举出几种常用的慢化剂。
①反应堆内产生的中子能量相当高,其平均值约为2MeV;
而微观裂变截面在热能区较大,热中子反应堆内的裂变反应基本上都是发生在这一能区,所以在热中子反应堆中使用慢化剂。
②在热中子反应堆中,慢化过程中弹性散射起主要作用,因为裂变中子经过与慢化剂和其他材料核的几次碰撞,中子能量便很快降低到非弹性散射的阈能一下,这是中子的慢化主要靠中子与慢化剂核的弹性散射进行。
③水、重水、石墨等。
1、缓发中子是如何产生的?
为什么?
①缓发中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的,占裂变中子的不到1%
②缓发中子不可以忽略不计
③缓发中子份额虽然很少,但它的发射时间较长,缓发效应大大增加了两代中子之间的平均时间间隔,从而滞缓了中子密度的变化率。
反应堆的控制实际上正是利用了缓发中子的作用才得以实现的。
2、解释碘坑现象和强迫停堆时间。
船用反应堆要求不能出现强迫停堆现象,请问在设计上应如何考虑。
①刚停堆时,135Xe不再吸收中子消失,而一段时间内,135I衰变成135Xe的速率高于135Xe的衰变速率,因此135Xe核密度随着时间增长,即毒性随时间上升;
但在9-10小时后,堆内135I浓度已明显降低,氙的生成速率低于衰变速率,所以毒性随时间降低,这种现象称为碘坑现象。
②在碘坑时间内,若剩余反应性小于或等于0,则反应堆无法启动,这段时间称为强迫停堆时间。
③船用反应堆要求不能出现强迫停堆现象,在设计上应留有足够的后备反应性,按照最大氙中毒设计。
3、为什么沸水堆中控制棒是从底部插入堆芯的?
沸水堆中水密度在高度方向上变化非常剧烈,堆芯下部的水密度要远高于堆芯上部的水密度,故堆芯的下部中子通量密度要比上部大,控制棒由下向上插入可以提高控制棒的效率,同时还可以展平轴向功率。
4、如何保证压水堆慢化剂温度系数为负值?
举例说明负温度系数对反应堆安全运行作用。
①为了保证慢化剂温度系数为负值,设计时要注意水铀比,保证处于欠慢化区;
运时要注意控制硼浓度不要超过最大值。
②例如,由于误操作或其他原因,在运行过程中控制棒突然上提了一段,致使k突然上升,这时中子通量密度将骤然增加,温度也将突然上升,若反应堆具有负温度系数,则随着温度升高,k值将变小,从而使中子通量密度下降,有自动降温以利于安全的趋势。
5、反应堆堆芯燃料管理的主要任务是什么?
反应堆堆芯燃料管理的主要任务是在满足电力系统能量需求和在电厂设计规范和安全的要求下,为电厂的运行循环做出其经济安全运行的全部决策。
主要包括下列变量的确定:
新燃料的富集度,批料数或一批换料量,循环长度,循环功率水平,燃料组件装载方案,控制毒物的布置和控制方案。
6、简述热中子反应堆中子循环过程,并写出四因子公式。
①一代热裂变中子,由于238U的快裂变,中子数增加到ε倍。
这些快中子有一部分泄露出堆外,留在堆内的中子在慢化过程中经过共振能区,又被吸收了一部分。
热中子也会有一部分泄露出堆外,留在堆内的热中子,一部分被燃料吸收,一部分被结构材料、慢化剂吸收。
被燃料吸收的中子一部分发生辐射俘获反应,一部分发生裂变反应,生成新的裂变中子。
②四因子公式K∞=εpfη,其中ε为快中子增殖系数;
p为逃脱共振吸收率;
f为热中子利用系数;
η为热中子裂变因数。
7、为什么反应堆温度变化后,反应性会发生改变?
①燃料温度升高时由于多普勒效应,将使共振峰展宽,共振吸收中的“能量自屏现象”和“空间自屏”效应都将减弱,从而使有效共振积分增加,逃脱共振吸收概率减小,有效增殖因子下降。
②慢化剂温度升高时,慢化剂密度减小,慢化剂相对燃料的有害吸收将减小,使有效增殖因子增大,同时是慢化剂的慢化能力减小,因而共振吸收增加,有效增殖因子下降。
8、分别说明内-外、外-内装料方案的布置方式及其优缺点。
①内-外装料方案中,芯部自馁向外分为三区,新料装在堆芯最内区,少过一个循环的燃料组件布置在中间区,最外区布置烧过两个循环的燃料。
优点:
燃料燃耗比较均匀,中子泄露损失小;
缺点:
寿期初功率峰因子大,限制功率输出。
②外-内装料方案中,新燃料在最外区,烧过一个循环的布置在中间区,最内区布置烧过两个循环的燃料。
展平堆芯中子通量密度分布,功率峰因子下降;
泄露损失大,循环长度缩短。
10、大型压水堆中通常采取哪些方法来控制反应性?
①控制棒,可燃毒物,化学控制剂
②控制棒采用对中子吸收截面大的物质制成,可以快速有效地改变反应堆内的反应性;
采用化学控制剂,如将对中子吸收截面大的硼溶解在慢化剂中来控制反应性,这样可以使反应堆的反应性变化比较均匀,但调节过程缓慢;
采用可燃毒物,可以减少控制棒的数量和水中的硼浓度,如硼是利用硼“燃耗”较快的特点,从而使可燃毒物管的中子吸收能力随反应堆燃耗加深而明显降低,这种补偿不需外部控制,是自动进行的。
11、反应堆可以在任意功率水平下达到临界状态,这一说法是否正确,为什么?
正确。
因为临界状态是指反应堆内中子的生灭到达一种平衡状态,而与反应堆的功率水平无关,如不考虑热工条件,从理论上讲,反应堆可以在任意功率水平下达到临界状态。
1、设在无限大非增值的扩散介质内有一个点源,源强为S中子每秒,各项同性地在介质内扩散而达到稳定状态,请列出单速中子扩散方程并给出边界条件。
条件:
1在扩散方程成立区域内,中子通量密度必须是个非负实数,处处有界;
2在扩散性质不同的介质交界面附近,两侧的中子通量密度以及中子流密度矢
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- 反应堆 物理 期末
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