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反 应 堆 物 理

1．中子与原子核互相作用有吸取和散射两种形式，吸取又包括 、 和 等形式，散射又有 和 。
2．宏观截面Σ表达一种中子与一立方厘米内原子核发生核反应的 ，其单位是 。宏观截面与 和 有关，它们的关系式是 。
3．中子按照能量分为 、 、 ，绝大多数裂变中子是 ，需通过散射碰撞而减少速度，这个过程叫 。
4．235U一次裂变，平均放出中子 个，平均释放能量 ，大部分能量是以 释放出来的。裂变中子中的 是由裂变产物放出的缓发中子。
5．燃料235U的富集度的定义： 。
6．压水反应堆中，用水做 剂和 剂，用于前者是由于它有 、 、 及 的性质，用于后者是由于它有 、 和 的性质。
7．反应堆运行时，由裂变产生的毒物中重要有 和 ，在长时间的稳定功率下运行时毒物是 的。
8．反应堆运行过程中，对运行影响较大的毒物是 、其产生与衰变链是：
9．碘坑形成的原因是 。
10．反应堆内采用的慢化剂常用核素是 、 ，在压水堆中采用的是 。
11. 中子在反应堆内有 、 、 、 和 五个过程。
12 可做核燃料的物质同位素有 、 、 。
13.核裂变具有 、 、 和 等特点。
14.常用控制棒材料有 、 、 和 等，大亚湾核电厂用的是 ，HTR－PM用的是 。
16. 反应堆运行时，氙的消失有 和 两种途径。
18. 中子从堆内逃逸的现象叫 ，为减少这种损失，在堆芯周围装有 。
19氙毒是由于气态裂变产物 具有很大的 而构成的反应性损失。
20. 反应性温度系数是 ，在功率运行时，它包括燃料温度系数，又叫 ，它的效果是 的，它是由 引起的。还包括慢化剂温度系数，它的效果是 的。燃料温度系数的绝对值 慢化剂温度系数的绝对值。
23 中子有效增殖因数的定义为： ，它重要决定于 和 。
24．反应性的定义是 。
25．写出无限介质增殖因数的四因子公式 ，这因子分别被称为 ， ， ， 。
26．反应堆有 、 、 三种状态，他们的中子有效增殖因数Keff分别为 、 和 。在稳定功率运行时反应堆处在 ，而停堆时是处在 。
27．反应堆瞬发临界条件是 ，其机理为 ，其特性是 ，这种瞬发临界工况是绝对不容许发生的，在设计上已加以防止。
28．反应堆控制方式有 、 、 等。最常用的是 。
29．控制棒的反应性当量大小重要取决于 和所在位置的 。
30．有源次临界反应堆内，中子密度与Keff的关系为 。
31．反应堆功率增大周期（即稳定周期）定义是 ，数学体现式为 ，开堆时一般测量功率增长 所用时间，即倍增周期，它近似等于 倍的e倍周期（稳定周期）。
32．反应性与反应堆稳定周期的关系： 。
33. 氙毒的定义是 。
34 反应堆停堆后仍然要释放余热，其大小与 、 有关。
36. 功率反应性系数是 ，也称为 功率系数 。
37.反应性ρ绝对单位是 ，常用单位是 ，两单位的换算是 ，中子通量单位是 。
1.反应堆功率正比于 。
A：最大通量 B：平均通量 C：最小通量
2. 启动后，处在功率提高阶段运行的反应堆，氙毒将随时间增长而增大，其原因是 。
A：碘的浓度未到达平衡 B：氙的浓度未到达平衡 C：A＋B
3. 碘坑中启动的反应堆，其临界棒位将比正常启动时的棒位 。
A：高 B：低 C：相似
4. 碘坑中启动后的反应堆，控制棒将不停下插，其原因是 。
A：氙的自衰变 B：中子消毒 C：A＋B
5. 反应堆从高功率降到低功率运行，其他参数不变，控制棒将不停提高，其原因是 。
A：氙的自衰变减少 B：氙的中子消毒减少 C：氙增长了
6. 处在临界状态下的反应堆的功率是 C 。
A：很高的 B：一定的 C：任意的
13. 反应堆次临界时的外推临界试验中，使用的外推临界图的理论根据是 。

9. 若反应堆在启动临界后的t秒内，通量增长到本来的1.5倍，换成周期为 。
A：T＝t／1.5 B：T＝t×1.5 C：T＝t／ln1.5 D：T＝t×ln1.5
10. 只有在停堆后才有碘坑，这种说法是 的。
A：对 B：不对
12 缓发中子的存在使中子倍增周期 。
A：变大 B：变小 C：不变
13 在有源的次临界反应堆内，中子通量是 的。
A：不停上升 B：不停下降 C：一定
14 .反应堆的自稳定性能是由 实现的。
A：调整控制棒 B：负温度系数反馈 C：A＋B
15. 中子与靶核的作用有哪些类型的核反应？
16. 在反应堆内最重要的中子与核的反应是哪些？
17 什么是中子的弹性散射？
19. 弹性散射在反应堆内有何重要意义？
20. 什么是中子与靶核的非弹性散射？
21. 什么是辐射俘获反应？
22. 举例阐明辐射俘获反应在反应堆内的重要意义？
23. 什么是裂变反应？
24. 阐明中子与重核裂变反应在压水反应堆的重要性。
25. 中子与靶核发生某类核反应的也许性大小用什么来度量？
26. 什么是微观散射截面σs？
27. 什么是微观吸取截面σa？
28 什么是微观总截面σt？
29 什么是中子与靶核发生某类反应的宏观截面？
30. 阐明宏观截面Σ的物理意义。
31. 单位体积内有多种元素的原子核，其宏观截面的体现式是什么？
32. 试阐明微观截面的大体变化规律。
答案：微观截面在不一样入射中子能量及不一样靶核质量数的状况下，差异是很大的。对压水堆最重要的几种核反应，一般均可按中子能量不一样分为三个区域：
在低能区，微观截面或者保持常数（对（n，n）反应）或者与成正比（对（n，γ）反应和（n，f）反应）。在该区以上是共振区。有多种共振峰存在。在高能区是微观截面的平滑区。
33. 试阐明235U的裂变截面随中子能量的大体变化规律。
答案：在低能区（热中子）（En<1ev），σf从4000ba - 80ba与成正比变化。
中能区（中能中子）（1ev< En<1000ev），σf有强烈的共振峰，σf值峰顶200－300ba，峰谷3－10ba。
高能区（快中子）（En>1000ev），σf基本上是平滑地随能量增长而下降，从10ba－1.5ba。
可见压水堆将快中子慢化成热中子是十分重要的。
34．简述中子动力学中的点堆模型的物理概念。
35.写出点堆动力学方程组。
36.解释上题等号右边各项的物理意义。
37 什么是倒时方程？
38. 给出Te和倍增周期T2的关系。
39. 给出等效单组缓发中子近似下的倒时方程。
答案：
式中βeff为缓发中子份额，λ为等效缓发中子衰减常数。
此式对于估计反应性很以便。
40. 六组缓发中子的平均寿命是怎样计算的？
41. 请定性绘出热中子通量在燃料内及水通道内的分布。
慢化剂
慢化剂
燃料棒
答案：

42 请定性绘出共振能量的中子通量在燃料内及水通道内的分布。
慢化剂
慢化剂
燃料棒
答案：

43. 请定性绘出共振区以上的快中子通量在燃料内及水通道内的分布。
慢化剂
慢化剂
燃料棒
答案：

47. 试阐明次临界反应堆内中子总数体现式的由来。
答案：假定外中子源和中子通量密度分布是均匀的（即点堆模型），设中子源每代发出S个源中子，那么在反应堆内通过增殖后
第一代末的中子数
第二代末的中子数
```````````````````````````````````````````````````````````````````````
第m代末的中子数
由于是次临界，Keff<1，中子代时间约10-4秒，故在很短时间内m近似于∞，第m代末的中子数Nm是一种收敛的等比级数，可用下式体现：

这就是很有用的次临界增殖公式。
48 列出两例反应堆内产生新的核燃料的俘获反应。
答案： （1）对用铀作燃料的反应堆

（2）对用钍作燃料的反应堆

49. 什么叫做转换？
50. 什么是可转换同位素？什么是铀—钚循环和钍—铀循环？
51. 试从转换比CR的概念出发，推导出转换堆与增殖堆的概念。
52. .235U裂变时出现哪些反应产物？
53. 什么叫“1/v”吸取体？
答案：假如微观截面的大小恰好和中子速度的大小成反比，这种状况就称为1/v特性。在低能区（E<2eV），许多核的微观吸取截面σa按1/规律变化，即服从“1/v”律，我们称这些元素为“1/v”吸取体，对于多数轻核，中子能量从热能一起到几兆电子伏，其吸取截面都近似地符合1/v律。然而对于重核，如轴—238核，中子在稍高于热能的能量范围内就出现强烈的共振吸取，吸取截面都不符合1/v律。
54. 什么是平均自由程？
55 假如宏观总截面为宏观吸取截面与宏观散射截面之和，则总的平均自由程应当为吸取平均自由程与散射平均自由程之和，对吗？为何？
55. 什么是核反应率？
56. 什么是中子通量？
57 铀—235原子核一次裂变一般放出多少个中子？平均每次裂变放出的中子数是多少？
58. 裂变能在堆芯的什么部位释放出来？
59. 写出反应堆的功率与通量的关系式。
60. 什么叫裂变产物？
61 活化产物的定义是什么？举例阐明。
答案：一种稳定核素与中子发生核反应生成的放射性核素，称为活化产物。
例如：，
62. 请举出几种重要的活化产物与裂变产物。
答案：活化产物：H—3，N—16，Co—60，Mn—54，Sb—124等。
裂变产物：Cs—137，I—131，Xe—135，Sr—90，Kr—85，Zr—85等。
63. 什么叫毒素？
答案：裂变产物中有些元素核，如氙和钐，具有相称大的吸取截面，它们将消耗堆内的中子，一般把这些吸取截面大的裂变产物叫毒素。
64. 由裂变过程发射出来的中子可以提成二个大类，它们是 中子和 中子。
65. 什么叫瞬发中子？它们是怎样产生的？
66. 缓发中子是怎样产生的？
67. 什么叫缓发中子份额β？
68. 什么叫裂变中子能谱？给出裂变中子的能量变化范围。
69. 热中子的定义是什么？
答案：与它们所在的介质原子（或分子）处在热平衡状态中的中子。
70. 热中子平均速度与 有关，当 增长时，中子平均速度 。
71. 当慢化剂温度增长时，热中子谱向什么方向移动？
72. 在有中子吸取的压水堆活性区中，热中子平均速度要比介质平均热运动速度 。
73. 一般中子截面表上所说热中子所对应的中子温度为 ，与此温度相对应的中子速度（最可几速度）为 ，相对应的电子动能为 。
74. 什么是反应堆内热中子扩散现象？
75. 将中子密度随时间的变化率用产生数、泄漏数和吸取数表达。
76. 解释热中子扩散长度（L）的物理意义。
77. 解释中子年龄的物理意义。
78. 解释徙动面积M2的物理意义。
79. a.优质慢化剂的三个重要性质是什么？b.慢化剂的原子量应当多大为好？
80. 常用的慢化剂有 、 和 等。
81. 试述水作为冷却剂与慢化剂的优缺陷。
82. 硼的慢化能力不小，为何它不能用作慢化剂？
83. 为何天然铀反应堆不能用轻水做慢化剂？
84. 什么叫自持链式反应？
85. 给出无限介质增殖系数的定义。
86. “四因子公式”描述了什么？
87. 给出快中子裂变因子ε的定义。
88. 给出热中子运用因子f的定义。
89. 给出热中子裂变因子η的定义。
90. 为何长期运行中η会发生变化？
91. 试解释当冷却剂温度升高时热中子运用因子f的变化。
答案：在欠慢化栅格布置的状况下，冷却剂温度升高意味着冷却剂密度减少，则冷却剂宏观吸取截面减少，因此f升高。
92. 哪些运行措施可以变化四因子公式中的热中子运用因子f？
93. 中子毒物的存在明显变化了反应堆四因子公式中的 。
98. 之间的关系怎样？
99. 给出中子不泄漏几率PL的定义
100. 试给出单群理论的临界方程
101. 什么是临界系统、次临界系统和超临界系统？
102. 什么叫临界质量？什么叫临界尺寸？
103. 什么叫瞬发超临界？
104. 为何不容许出现瞬发超临界？
105. 定性画出在次临界、临界、超临界状态下，反应堆功率随时间的变化。
106. 在有中子源的反应堆中，Keff不不小于1时与否有也许获得增长的计数率？为何也许或为何不也许？
答案：有也许。假如Keff<1时，源中子弥补了裂变链中的损失，中子总数则保持不变。假如反应性（正的）增长，反应堆变得愈加有效，尽管此时反应堆的有效增殖系数Keff仍然不不小于1（但已非常靠近于1），但由中子源产生的中子除弥补裂变链的损失外尚有富裕，由此导致反应堆内的中子计数率随时间的延续而增长，就仿佛反应堆是处在超临界状态同样。
107. 反应堆的临界质量或体积的大小取决于反应堆的_______与_______。
108. 在反应堆堆芯成分相似的条件下，几何形状不一样样，哪种几何形状的临界质量最小？为何？
109. 什么是反射层节省？
110 反射层的作用是什么？
111. 反射层既然对反应堆很重要，是不是反射层越厚越好？
112. 试给出中子“代时间”的定义？
答案：中子从核裂变开始到其被吸取或泄漏的平均时间间隔。
113. 中子代时间由哪几部分构成？用图表达。
答案： 见下图。
裂变发生 中子释放 中子热化 中子被吸取或泄露

对缓发中子约13秒
对瞬发中子约10-14秒 中子寿命

中子孕育时间 减速时间 扩散时间

中子代时间
中子诞生 中子死亡
114. 中子代时间是怎样计算出来的？
115. 试阐明缓发中子在反应堆控制中的作用
答案 由于缓发中子增大了相称于两代中子之间的平均时间间隔，亦即增大了中子代时间，使得反应堆功率变化速度变慢，从而使得反应堆能被控制。
116. 反应堆功率以30秒的稳定周期从1%PN增长到20%PN，在上升功率动作过程中，需要多少时间？
答案：按P=P0e t/T，已知P=20%Pn，P0=1%Pn和T=30秒，可得t=90秒。
117. 在下述倍增时间时，反应堆处何状态？①T2→∞ ②T2→70秒 ③T2<18秒。
答案： ① T2→∞反应堆功率趋于稳定在某一值上；② T2→70秒反应堆超临界，正常提高功率；③ T2<18秒，短周期事故，运行中提高功率时，反应堆倍增时间应不小于18秒。
118. 写出你懂得的几种用于表达反应性的单位。
119 哪些原因能变化反应堆的反应性？（至少三种）。
答案：硼浓度，燃料棒温度，冷却剂温度（或密度），Xe毒，控制棒插入深度，可燃毒物等。
120. 试给出如下状况的Keff与的数值：
a） 次临界 b） 临界 c） 超临界 d）瞬发超临界
121. 反应堆从寿期初到寿期末，堆芯某处的中子通量与该处的功率密度之比是怎样变化的？为何？
122. 反应堆功率P与平均中子通量Ф有何关系？
123. 运行期间，中子通量受哪些原因的影响？试举三例。
答案： 1. 控制棒，2.慢化剂密度，3.中子毒物（裂变产物，可燃毒物等）,4.堆芯装载状况，5.燃耗，6. 反应堆功率。
124. 试列举三种反应性系数。
答案：如冷却剂温度系数，燃料温度系数，空泡系数和功率系数等。
125. 反应性温度系数包括快变化的 燃料温度系数 与慢变化的 慢化剂温度系数 。
127. 什么是慢化剂温度系数？
答案：慢化剂温度每变化1℃引起反应性的变化。
128. 影响慢化剂温度系数的重要原因是什么？
答案：PWR内影响慢化剂温度系数的重要原因是冷却剂平均温度、冷却剂内硼浓度、燃耗和水铀比等。
129. 试阐明冷却剂内含硼量1ppm的详细意义。
答案： 在1公斤水中具有1毫克天然硼，称含硼量为1ppm，亦即在1ppm硼水中约具有0.188毫克吸取中子的硼—10同位素。
130. 什么是燃料温度系数？
答案：堆芯燃料有效温度每变化1℃引起的反应性变化值。
131. 影响燃料温度系数的重要原因是什么？
答案： * 等核素的变化； * 燃料有效温度的变化。
132. 什么是功率系数？
133. 什么是功率亏损（Power Defect）？
答案：因堆功率上升使反应性有损失，即向反应堆引入了一种负反应性，这一反应性损失即称为功率亏损（即为功率系数的积分）。
141. 试解释“过慢化”与“欠慢化”
答案： 过慢化：堆芯布置中包括的慢化剂多于为获得最大值所需的量，中子完全热化，多出的慢化剂导致中子吸取增长。
欠慢化：堆芯布置中包括的慢化剂少于为获得最大值所需的量，中子没有完全热化，U238共振吸取变大。
142. 过慢化反应堆的慢化剂温度系数为何值（是正还是负）？

146. 何谓反应堆在反应性增长时的自调整功能？
答案： 反应性增长后，由于堆功率增长导致反应堆冷却剂温度升高，由于负温度系数效应使反应性下降，从而在一种高于变化前的温度上反应堆趋于稳定。
147. 功率系数在寿期初与寿期末有什么不一样？
答案：寿期末时，由于硼浓度低，使得慢化剂温度系数更负某些，这就使得寿期末的功率系数较寿期初更负某些，如下图所示。

148. 试给出“中子毒物”的定义，举出3种重要的中子毒物。
答案： 中子毒物系指那些其热中子吸取截面值很大而明显减少反应堆反应性的核素，例如：
① 控制材料中的镉；
② 可燃或可溶毒物中的10B；
③ 裂变产物中的135Xe、149Sm和155Gd。
149. 什么是非饱和性（或永久性）裂变产物？请写出几种较重要的非饱和裂变产物。
答案： 裂变产物的生成率远比由于吸取中子或自身衰变的损耗率大，如。热中子吸取截面尤其大，在整个反应堆运行期内，由于吸取中子而消失的速率也比较小，在一种相称长的时间里其浓度将随时间的增长而不停增长，因此称之为非饱和裂变产物。热中子吸取截面较大的非饱和裂变产物尚有：镉—113、钐—151、钆—155和钆—157等。
150. 为何说135Xe 和149Sm对热堆十分重要？试举出两条理由。
151. 何谓“平衡Xe毒”？
152. 氙的效应在反应堆运行中是很重要的。
A阐明怎样到达氙的平衡状态。
B讨论氙到达平衡值之后很快反应堆功率上升时也许出现的反应性变化。
153. 反应堆从无Xe开始投入运行并保持在稳定功率状态下，运行多久，上升到平衡浓度的90%？要多长时间才能很靠近它们的平衡浓度（饱和值）？
答案： 约9小时 约36小时左右
下图给出从零功率上升到不一样功率水平后，由氙的积累所引入的负反应性。

154. 什么是“碘坑”？降功率运行时与否也出现“碘坑”？
答案： 反应堆在某一功率下运行较长时间后停堆或降功率，此时135Xe的生成量不小于消耗量，由此引起135Xe的浓度逐渐增大，到达最大值后又逐渐衰减，直至浓度降到零。135Xe浓度到达最大值时所对应的负反应性，我们称之为“碘坑”。降功率运行时同样会出现“碘坑”。
下图给出了从满功率降至25%、50%和75%额定功率时，“碘坑”的数值及出现时间。

158. 反应堆内149Sm是怎样形成的？画出大亚湾核电厂从反应堆启动到25%、50%、75%和100%额定功率运行时，由149Sm引入的负反应性随时间的变化曲线。
答案： 核裂变时，149Sm的直接产额很小，可以忽视不计。它重要由裂变产物149 Nd经衰变后得到149Sm。

159. 动力反应堆中到达平衡浓度的时间哪个长？为何？
答案：到达平衡浓度的时间长得多，重要原因在于的热中子吸取截面远远不小于钐（）的热中子吸取截面，并且还由于放射性衰变而消失，因此它很快就到达了平衡浓度。
160. 反应堆停堆后Sm浓度和Xe浓度的变化有何不一样？
答案：停堆后由于149Pm的衰变而有所增多，然而149Sm不发生衰变，是一种稳定的核素，因此Sm将在堆内一直保持到反应堆恢复临界后由于吸取中子而减少，故停堆后149Sm浓度将会逐渐趋于某个与停堆前中子通量有关的浓度值。
停堆后，虽然由于裂变直接产生135Xe停止了，但由于135I的衰变会继续产生135Xe，并且其产生速度快于135Xe自身衰变速度，因此尽管135Xe由于自身的衰变最终将消失，但在停堆后开始阶段还是增长的，这样形成Xe浓度的一种峰值。
161. 何谓“氙振荡”？
162. 氙振荡的条件是什么？
答案： 1.热通量>1014/cm2·sec，2.反应堆尺寸很大（堆芯尺寸超过30倍徙动长度）。
163. 哪些反应堆可以用天然铀作燃料？
答案： 重水慢化、重水冷却热中子反应堆；石墨慢化、气体冷却热中子反应堆；石墨慢化、轻水冷却热中子反应堆。
174 什么是换料周期？
答案：两次换料之间的时间间隔称为反应堆的换料周期。
175. 什么是堆芯寿期？
答案：在额定功率和额定参数下运行时，当反应堆的有效增殖系数Keff降到1（即把控制棒所有抽出和硼浓度降到最低）的时候，反应堆满功率运行的时间就称为堆芯寿期。
176. 燃耗深度的定义是什么？单位是什么？
177. 既然产生给定数的热功率一直需要相似的裂变数，为何在堆芯继续产生恒定功率时U—235燃耗速率会减小？
答案：当裂变物质U—235的百分率减少时，裂变物质Pu—239的数量在增长，Pu—239的裂变所产生的功率份额在增长，这样，U—235燃耗的速率就减小了。
178. 铀—钚循环热中子反应堆对能量输出有奉献的裂变物质重要有哪些？
答案：重要有U—235、Pu—239和Pu—241等。低燃耗时重要靠U—235裂变输出能量，伴随燃耗的加深，Pu—239裂变对能量输出的奉献将逐渐增长。
179. 什么是卸料燃耗深度？它受什么影响？
答案：堆芯卸料时所到达的燃耗深度称为卸料燃耗深度。它受两方面影响：1)反应堆核特性，重要是指反应堆中初始后备反应性；2)燃料元件自身的性能，重要是指燃料元件在多种工况下的稳定性。
183. 什么是控制棒间的干涉效应？
答案：一般状况下，反应堆有较多的控制棒，这些控制棒同步插入堆芯时，总的价值并不等于各根控制棒单独插入堆芯时的价值的总和。这是由于一根控制棒插入堆芯后将引起堆芯中中子通量（密度）的畸变，这势必影响到其他控制棒的价值。这种现象称之为控制棒间的互相干涉效应。
184. 停堆裕度的定义是什么？
答案：停堆裕度的定义：假定最大价值的一束棒所有卡在堆外，其他所有控制棒所有插入堆内，由此使反应堆处在次临界或从现时状态将到达次临界，使堆次临界的反应性总量称停堆裕度，或称停堆深度。
185. 什么是后备反应性（或剩余反应性）？
答案：在任何时刻通过对控制元件和其他用于控制反应性的毒物的调整所能获得的最大反应性。
186. 什么是热中子通量不均匀系数？
答案：堆芯内热中子通量的最大值与热中子通量的平均值之比。