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1、第4章 均勻反應(yīng)堆的臨界理論,4.1 均勻裸堆的單群理論,對于由燃料和慢化劑組成的均勻增殖介質(zhì)的反應(yīng)堆系統(tǒng)，根據(jù)裂變反應(yīng)率的物理含義 根據(jù)無限介質(zhì)增殖因數(shù)定義 由以上關(guān)系式，代入連續(xù)方程,均勻裸堆的單群擴散方程的解,堆模型：長、寬無限大，厚度為a的平板裸堆 中子通量方程： 初始條件： 邊界條件：,由上述條件的偏微分方程 利用分離變量方法，令 偏微分方程化為： 得： 其通解為：,根據(jù)邊界條件及初始條件，利用數(shù)理方程相關(guān)知識得： 得： 利用初值條件得： 代入方程：,熱中子反應(yīng)堆的臨界條件,次臨界狀態(tài)：對于一定幾何形狀和體積的反應(yīng)堆芯部，若 對應(yīng)的k1小于1，那么，其余的 都將小于1，這時
2、所有的(kn-1)都是負值， 將隨時間t按指數(shù)規(guī)律衰減。 超臨界狀態(tài)：若k11，則(k1-1)0，這時中子通量密度將隨時間不斷地增長，反應(yīng)堆將處于超臨界狀態(tài)。 臨界狀態(tài)：若通過調(diào)整反應(yīng)堆的尺寸或改變反應(yīng)堆內(nèi)的材料成分，使k1恰好等于1，則當(dāng)時間足夠長時，系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)。,兩個重要結(jié)果： 裸堆單群近似的臨界方程 當(dāng)反應(yīng)堆處于臨界狀態(tài)時，中子通量密度按最小特征值 所對應(yīng)的基波特征函數(shù)分布，也就是說穩(wěn)態(tài)反應(yīng)堆的中子通量密度空間分布滿足波動方程,幾種幾何形狀裸堆的幾何曲率和中子通量分布,球形反應(yīng)堆 球坐標下的波動方程： 通解： 利用邊界條件，E必須為零，得：,有限高圓柱體反應(yīng)堆 柱坐標下的波動方程：
3、 邊界條件： （1）中子通量密度在堆內(nèi)各處均為有限值； （2）當(dāng)r=R或 時， 。 利用分離變量法解方程，最后得：,反應(yīng)堆曲率和臨界計算任務(wù),穩(wěn)態(tài)反應(yīng)堆內(nèi)中子通量密度的空間分布滿足波動方程 對于裸堆，幾何曲率只與反應(yīng)堆的幾何形狀和尺寸大小有關(guān)，與反應(yīng)堆的材料成分和性質(zhì)沒有關(guān)系。 材料曲率： 它反映增值介質(zhì)材料的性質(zhì)，只取決于反應(yīng)堆的材料成分和特性，與反應(yīng)堆的幾何形狀及大小無關(guān)。 反應(yīng)堆達到臨界的條件是材料曲率等于幾何曲率。,反應(yīng)堆臨界問題的計算要解決的問題,給定反應(yīng)堆材料成分，確定它的臨界尺寸 始定反應(yīng)堆的形狀和尺寸，確定臨界時反應(yīng)堆的材料成分 求反應(yīng)堆的有效增值系數(shù)keff 或反
4、應(yīng)性。,單群理論的修正,修正后的臨界條件和材料曲率為： 例題：,4.2 有反射層反應(yīng)堆的單群擴散理論,反射層的作用： 減少芯部中子泄漏，從而使得芯部的臨界尺寸要比無反射層時的小，節(jié)省一部分燃料。 提高反應(yīng)堆的平均輸出功率。 反射層材料選?。?散射截面大 吸收截面小 良好的慢化能力,一側(cè)帶有反射層的反應(yīng)堆,芯部穩(wěn)態(tài)單群擴散方程 反射層的穩(wěn)態(tài)單群擴散方程 邊界條件： 在芯部與反射層的交界面上 在芯部或反射層的外推邊界上中子通量密度為零。,帶有反射層的球形堆 芯部半徑為R，反射層厚度為T。利用球坐標系，坐標原點在球心。 芯部方程的解： 反射層方程的解： 由反射層的外推邊界處中子通量密度為零得： 于是
5、,由上兩式得到,在靠近堆芯的中心部分，裸堆的中子通量密度分布與帶反射層的反應(yīng)堆分布基本上一樣；在靠近反射層處，芯部的中子通量密度分布平坦一些。,側(cè)面帶有反射層的圓柱體堆 芯部及反射層的擴散方程： 邊界條件： 在 處： 在 處： 在 處：,用分離變量法解方程 分離變量： 用分離變量法解方程，最后得單群臨界方程,反射層節(jié)省,,4.3 中子通量分布不均勻系數(shù)功率分布展平,熱中子通量密度不均勻系數(shù)：芯部內(nèi)熱中子通量密度的最大值與熱中子通量密度的平均值之比。 對于圓柱體裸堆： 對于球形裸堆： 對于長方體裸堆：,功率分布展平,為了提高反應(yīng)堆的總輸出功率，要采取一些措施使得堆內(nèi)功率分布變得平坦一些，這叫做功率分布展平。 措施： 芯部分區(qū)布置； 可燃毒物的合理布置； 采用化學(xué)補償劑及部分長度控制棒以展平軸向通量分布。,,,
哈工程核反應(yīng)堆的核物理第4章均勻反應(yīng)堆的臨界理論
