当前位置:文档之家› 核反应堆物理分析课后答案(更新版)

核反应堆物理分析课后答案(更新版)

核反应堆物理分析课后答案(更新版)
核反应堆物理分析课后答案(更新版)

固体物理课后答案

1.1 如果将等体积球分别排列成下列结构,设x 表示钢球所占体积与总体积之比,证明结构x简单立方π/ 6 ≈0.52体心立方3π/ 8 ≈0.68面心立方2π/ 6 ≈0.74六方密 排2π/ 6 ≈0.74金刚石3π/16 ≈0.34 解:设钢球半径为r ,根据不同晶体结构原子球的排列,晶格常数a 与r 的关系不同,分别为:简单立方:a = 2r 金刚石:根据金刚石结构的特点,因为体对角线四分之一处的原子与角上的原子紧贴,因此有 1.3 证明:体心立方晶格的倒格子是面心立方;面心立方晶格的倒格子是体心立方。 证明:体心立方格子的基矢可以写为

面心立方格子的基矢可以写为 根据定义,体心立方晶格的倒格子基矢为 同理 与面心立方晶格基矢对比,正是晶格常数为4π/ a的面心立方的基矢,说明体心立方晶格的倒格子确实是面心立方。注意,倒格子不是真实空间的几何分布,因此该面心立方只是形式上的,或者说是倒格子空间中的布拉菲格子。根据定义,面心立方的倒格子基矢为 同理 而把以上结果与体心立方基矢比较,这正是晶格常数为4πa的体心立方晶格的基矢。 证明:根据定义,密勒指数为的晶面系中距离原点最近的平面ABC 交于基矢的截距分别为 即为平面的法线

根据定义,倒格子基矢为 则倒格子原胞的体积为 1.6 对于简单立方晶格,证明密勒指数为(h, k,l)的晶面系,面间距d 满足 其中a 为立方边长。 解:根据倒格子的特点,倒格子 与晶面族(h, k,l)的面间距有如下关系 因此只要先求出倒格,求出其大小即可。 因为倒格子基矢互相正交,因此其大小为 则带入前边的关系式,即得晶面族的面间距。 1.7 写出体心立方和面心立方晶格结构的金属中,最近邻和次近邻的原子数。若立方边长为a ,写出最近邻和次近邻的原子间距。 答:体心立方晶格的最近邻原子数(配位数)为8,最近邻原子间距等于 次近邻原子数为6,次近邻原子间距为a ;

核反应堆物理分析习题答案

1、 H 和O 在1000eV 到1eV 能量范围内的散射截面似为常数,分别为20b 和38b.计算2H O 的ξ以及在2H O 和中子从1000eV 慢化到1eV 所需要的碰撞次数。 解:不难得出,2H O 的散射截面与平均对数能降应有下列关系: 2 2 2H O H O H H O O σξσξσξ?=?+? 即 2(2)2H O H O H H O O σσξσξσξ+?=?+? 2 (2)/(2)H O H H O O H O ξσξσξσσ=?+?+ 查附录3,可知平均对数能降: 1.000H ξ=,0.120O ξ=,代入计算得: 2 (220 1.000380.120)/(22038)0.571H O ξ=??+??+= 可得平均碰撞次数: 221ln()/ln(1.0001)/0.57112.0912.1C H O N E E ξ ===≈ 2.设 ()f d υυυ''→表示L 系中速度速度υ的中子弹性散射后速度在υ'附近d υ'内的概率。 假定在C 系中散射是各向同性的,求()f d υυυ''→的表达式,并求一次碰撞后的平均速 度。 解: 由: 21 2 E m υ'= ' 得: 2dE m d υυ'='' ()(1)dE f E E dE E α' →''=- - E E E α≤'≤ ()f d υυυ''→=2 2,(1)d υυαυ '' -- αυυυ≤'≤ ()f d αυ υ υυυυ= '→'' 322(1)3(1)υ αα= -- 6.在讨论中子热化时,认为热中子源项()Q E 是从某给定分解能c E 以上能区的中子,经过弹性散射慢化二来的。设慢化能谱服从()E φ/E φ=分布,试求在氢介质内每秒每单位体积内由c E 以上能区,(1)散射到能量为()c E E E <的单位能量间隔内之中子数()Q E ;(2)散射到能量区间1g g g E E E -?=-的中子数g Q 。 解:(1)由题意可知: ()()()()c E s Q E E E f E E dE φ∞ = ∑'''→'? 对于氢介质而言,一次碰撞就足以使中子越过中能区,可以认为宏观截面为 常数: /()()()c E S E Q E E f E E dE α φ= ∑''→'?

核反应堆物理分析习题答案-第三章

第三章 1.有两束方向相反的平行热中子束射到235U 的薄片上,设其上某点自左面入射的中子束强度为122110cm s --?。自右面入射的中子束强度为1221210cm s --??。计算: (1)该点的中子通量密度; (2)该点的中子流密度; (3)设2119.210a m -∑=?,求该点的吸收率。 解:(1)由定义可知:1221310I I cm s φ+---=+=? (2)若以向右为正方向:1221110J I I cm s +---=-=-? 可见其方向垂直于薄片表面向左。 (3)2122133119.21031010 5.7610a a R cm s φ---=∑=????=? 2.设在x 处中子密度的分布函数是:0(,,)(1cos )2x aE n n x E e e λμπ -Ω=+u r 其中:,a λ为常数, μ是Ωu r 与x 轴的夹角。求: (1) 中子总密度()n x ; (2) 与能量相关的中子通量密度(,)x E φ; (3) 中子流密度(,)J x E 。 解:由于此处中子密度只与Ωu r 与x 轴的夹角相关,不妨视μ 为视角,定义Ωu r 在Y Z -平面影上与Z 轴的夹角?为方向角,则有: (1) 根据定义: 004()(1cos )2x aE n n x dE e e d πμπ+∞ -=+Ω??u r 20000(1cos )sin 2x aE n dE d e e d ππ?μμμπ +∞-=+??? 00 (1cos )sin x aE n e e dE d π λμμμ+∞-=+?? 可见,上式可积的前提应保证0a <,则有: 0000()()(sin cos sin )aE x e n x n e d d a π πλ μμμμμ-+∞=?+?? 0002(cos 0)x x n e n e a a λλπ μ--=--?+=- (2)令 n m 为中子质量,则2/2()n E m v v E =?= 04(,)(,)()(,,)2x x E n x E v E n x E d n e e λπ φ-==ΩΩ=u r u r (等价性证明:如果不做坐标变换,则依据投影关

固体物理习题解答

《固体物理学》习题解答 ( 仅供参考) 参加编辑学生 柯宏伟(第一章),李琴(第二章),王雯(第三章),陈志心(第四章),朱燕(第五章),肖骁(第六章),秦丽丽(第七章) 指导教师 黄新堂 华中师范大学物理科学与技术学院2003级

2006年6月 第一章 晶体结构 1. 氯化钠与金刚石型结构是复式格子还是布拉维格子,各自的基元为何?写出 这两种结构的原胞与晶胞基矢,设晶格常数为a 。 解: 氯化钠与金刚石型结构都是复式格子。氯化钠的基元为一个Na +和一个Cl - 组成的正负离子对。金刚石的基元是一个面心立方上的C原子和一个体对角线上的C原子组成的C原子对。 由于NaCl 和金刚石都由面心立方结构套构而成,所以,其元胞基矢都为: 12 3()2()2()2a a a ? =+?? ?=+?? ?=+?? a j k a k i a i j 相应的晶胞基矢都为: ,,.a a a =?? =??=? a i b j c k 2. 六角密集结构可取四个原胞基矢 123,,a a a 与4a ,如图所示。试写出13O A A '、1331A A B B 、2255A B B A 、123456A A A A A A 这四个晶面所属晶面族的 晶面指数()h k l m 。 解: (1).对于13O A A '面,其在四个原胞基矢 上的截矩分别为:1,1,1 2 -,1。所以, 其晶面指数为()1121。

(2).对于1331A A B B 面,其在四个原胞基矢上的截矩分别为:1,1,1 2-,∞。 所以,其晶面指数为()1120。 (3).对于2255A B B A 面,其在四个原胞基矢上的截矩分别为:1,1-,∞,∞。所以,其晶面指数为()1100。 (4).对于123456A A A A A A 面,其在四个原胞基矢上的截矩分别为:∞,∞,∞,1。所以,其晶面指数为()0001。 3. 如将等体积的硬球堆成下列结构,求证球体可能占据的最大体积与总体积的 比为: 简立方: 6 π ;六角密集:6;金刚石: 。 证明: 由于晶格常数为a ,所以: (1).构成简立方时,最大球半径为2 m a R = ,每个原胞中占有一个原子, 3 34326m a V a π π??∴== ??? 36 m V a π∴ = (2).构成体心立方时,体对角线等于4倍的最大球半径,即:4m R ,每个晶胞中占有两个原子, 3 3 422348m V a π??∴=?= ? ??? 32m V a ∴ = (3).构成面心立方时,面对角线等于4倍的最大球半径,即:4m R ,每个晶胞占有4个原子, 3 3 444346 m V a a π??∴=?= ? ???

核反应堆物理分析 (谢仲生 吴宏春 张少泓 著) 西安交大、原子能出版社 课后答案1

《核反应堆物理分析》85页扩散理论习题解答二 21 解:(1)建立以无限介质内任一点为原点的球坐标系(对此问题表达式较简单),建立扩散方程: 即:2a D S φφ??+Σ=2a S D D φφΣ??=?边界条件:i.,ii.0φ<<+∞()0,0J r r =<<+∞ 设存在连续函数满足: ()r ?222,(1)1(2)a S D D L φ?φ???=???Σ?=??可见,函数满足方解形式:()r ?exp(/)exp(/)()r L r L r A C r r ??=+由条件i 可知:C =0, 由方程(2)可得:()()/a r r S φ?=+Σ再由条件ii 可知:A =0,所以: /a S φ=Σ 0) ,x >0S D ?,iii.()(0)/2a x t φ′=?Σlim ()0x J x →∞ =)exp(/)exp(/)/a x A x L C x L S =?++Σ//()x L x L J x D e e dx L L ?=?=?由条件ii 可得:0 lim ()()()22a a x a a AD CD t S tL S J x A C C A A C L L D →′′=?=?Σ++??=Σ++ΣΣ由条件iii 可得:C =0

所以:(22(1)a a a a tL S S A A A D D tL ′?=Σ+?=Σ??Σ′Σ//()[12(2/)(1)x L x L a a a a a a te S S S x e D t D L tL φ??′Σ=+=?′ΣΣΣ+??Σ′Σ对于整个坐标轴,只须将式中坐标加上绝对值号,证毕。 22 解:以源平面任一点为原点建立一维直角坐标系,建立扩散方程: 2112 22221()(),01()(),0x x x L x x x L φφφφ?= ≥?=≤边界条件:i.;ii.;1200lim ()lim ()x x x x φφ→→=000 lim[()|()|]x x J x J x S εεε=+=?→?=iii.;iv.; 1()0a φ=2()0b φ?=通解形式:,111sinh(/)cosh(/)A x L C x L φ=+222sinh(/)cosh(/)A x L C x L φ=+122cosh(sinh()cosh(sinh()]x x x x C A C S L L L L ?++=(3)1/)sinh(/)a L A a L =?(4)22cosh(/)sinh(/) C b L A b L =联系(1)可得:12tanh(/)/tanh(/) A A b L a L =?结合(2)可得:222tanh(/)/tanh(/)1tanh(/)/tanh(/)SL b L SL D A A A D a L b L a L ?=??=+1/1tanh(/)/tanh(/) SL D A a L b L ??=+

反应堆热工基础试题(成理工)

反应堆热工基础卷子 2010级成都理工大学 一、填空 1、核反应堆中,裂变碎片的动能约占总能量的84%,裂变能的绝大部分在燃料元件内转换 为热能,少量在慢化剂内释放,通常取97.4%在燃料元件内转为热能。 2、影响堆芯功率分布的因素主要有燃料布置、控制棒、水隙及空泡。 3、进行瞬态分析的四类电厂工况是正常运行和运行瞬变、中等频率故障、稀有故障和极限 事故。 4、核电厂专设安全系统主要包括应急堆芯冷却系统、辅助给水系统、安全壳喷淋系统和其 他安全设施。 5、回路系统的压降一般包括:提升压降、加速压降、摩擦压降、形阻压降。 6、垂直加热通道中的主要流型包括:泡状流、环状流、滴状流。 二、问答 1、简述反应堆热工分析的内容包括哪5项? 答:分析燃料元件内的温度分布;冷却剂的流动和传热特性;预测在各种运行工况下反应堆的热力参数;预测各种瞬态工况下压力、温度、流量等热力参数随时间的变化工程;分析事故工况下压力、温度、流量等热力参数随时间的变化过程。 2、核反应堆停堆后为什么还要继续进行冷却? 答:核反应堆停堆后,虽然堆内自持的裂变反应随即终止,但还是有热量不断地从燃料芯块通过包壳传入冷却剂中。这些热量主要来自燃料棒内储存的显热、剩余中子引起的裂变和裂变产物和中子俘获产物的衰变,因此,反应堆停堆后,还必须继续进行冷却,以便排出这些热量,防止燃料元件损坏。 3、就压水堆而言,造成流量分配不均匀的主要原因有哪些? 答:就压水堆而言,造成流量分配不均匀的原因主要有:进入下腔室的冷却剂流,不可避免地会形成许多大大小小的涡流区,从而有可能造成各冷却剂通道进口处的静压力各不相同;各冷却通道在堆芯或燃料组件中所处的位置不同,其流通截面的几何形状和大小也就不可能完全一样,燃料元件和燃料组件的制造、安装的偏差,会引起冷却剂通道流通截面的几何形状和大小偏离设计值,各冷却剂通道中的释热量不同,引起冷却剂的温度、热物性以及含气量也各不相同,导致各通道中的流动阻力产生显著差别。 4、什么是流动不稳定性?在反应堆中蒸汽发生器以及其他存在两相流的设备中一般不允 许出现流动不稳定性,为什么? 答:流动不稳定性是指在一个质量流密度、压降和空泡之间存在着耦合的两相系统中,流体受到一个微小的扰动后所产生的流量漂移或者以某一种频率的恒定振幅或变振幅进行的流量振荡。流动不稳定性对反应堆系统的危害很大,主要表现在流量和压力振荡所引起的机械力会使部件产生有害的机械振荡,导致部件的疲劳损坏;流动振荡会干扰控制系统;流动振荡会使部件局部热应力产生周期性变化,从而导致部件的热疲劳破坏;流动振荡使系统内的换热性能变坏,极大地降低系统的输热能力,并可能造成沸腾临界过早出现。 5、简述压水堆涉及中所规定的稳态设计准则? 答:目前压水堆设计中所规定的稳态设计准则一般有以下几点:燃料元件芯块内最高温度低于其相应燃耗下的烙化温度,燃料元件外表面不允许发生沸腾临界,必须保证正行运行工况下燃料原件和对内构件能够得到充分冷却。在事故工况下能提供足够的冷却剂以排出堆芯余热,在稳态工况下和可预计的瞬态运行工况中,不发生流动不稳定。

核反应堆物理分析课后习题参考答案

核反应堆物理分析答案 第一章 1-1.某压水堆采用UO 2作燃料,其富集度为2.43%(质量),密度为10000kg/m3。试计算:当中子能量为0.0253eV 时,UO 2的宏观吸收截面和宏观裂变截面。 解:由18页表1-3查得,0.0253eV 时:(5)680.9,(5)583.5,(8) 2.7a f a U b U b U b σσσ=== 由289页附录3查得,0.0253eV 时:()0.00027b a O σ= 以c 5表示富集铀内U-235与U 的核子数之比,ε表示富集度,则有: 5 55235235238(1) c c c ε=+- 151 (10.9874(1))0.0246c ε -=+-= 25528 3 222M(UO )235238(1)162269.91000()() 2.2310() M(UO ) A c c UO N N UO m ρ-=+-+?=?==? 所以,26 352(5)() 5.4910()N U c N UO m -==? 28352(8)(1)() 2.1810()N U c N UO m -=-=? 28 32()2() 4.4610()N O N UO m -==? 2112()(5)(5)(8)(8)()() 0.0549680.9 2.18 2.7 4.460.0002743.2()()(5)(5)0.0549583.532.0() a a a a f f UO N U U N U U N O O m UO N U U m σσσσ--∑=++=?+?+?=∑==?= 1-2.某反应堆堆芯由U-235,H 2O 和Al 组成,各元素所占体积比分别为0.002,0.6和0.398,计算堆芯的总吸收截面(E=0.0253eV)。 解:由18页表1-3查得,0.0253eV 时: (5)680.9a U b σ= 由289页附录3查得,0.0253eV 时:112() 1.5,() 2.2a a Al m H O m --∑=∑=,()238.03,M U = 33()19.0510/U kg m ρ=? 可得天然U 核子数密度28 3()1000()/() 4.8210()A N U U N M U m ρ-==? 则纯U-235的宏观吸收截面:1(5)(5)(5) 4.82680.93279.2()a a U N U U m σ-∑=?=?= 总的宏观吸收截面:120.002(5)0.6()0.398()8.4()a a a a U H O Al m -∑=∑+∑+∑= 1-6 11 7172 1111 PV V 3.210P 2101.2510m 3.2105 3.210φφ---=∑???===?∑????

【精品】核反应堆物理分析习题答案第四章

第四章 1.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的分布.设有一边长0.5,0.6a b m c m ===(包括外推距离)的长方体裸堆, 0.043,L m =42610m τ-=?。 (1)求达到临界时所必须的k ∞;(2)如果功率为15000, 4.01f kW m -∑=,求中子通量密度分布. 解:长方体的几何中心为原点建立坐标系,则单群稳态扩散方程为: 222222()0a a D k x y z φφφφφ∞???++-∑+∑=???边界条件:(/2,,)(,/2,)(,,/2)0a y z x b z x y c φφφ=== (以下解题过程都不再强调外推距离,可认为所有外边界尺寸已包含了外推距离) 因为三个方向的通量拜年话是相互独立的,利用分离变量法: (,,)()()()x y z X x Y y Z z φ=将方程化为:22221k X Y Z X Y Z L ∞ -???++=- 设:222222,,x y z X Y Z B B B X Y Z ???=-=-=- 想考虑X 方向,利用通解:()cos sin x x X x A B x C B x =+

代入边界条件:1cos()0,1,3.5,...2x nx x a n A B B n B a a ππ=?==?= 同理可得:0(,,)cos()cos()cos()x y z x y z a a a πππφφ= 其中0φ是待定常数。 其几何曲率:22222()()()106.4g B m a b c πππ-=++= (1)应用修正单群理论,临界条件变为:221g k B M ∞-= 其中:2220.00248M L m τ=+= 1.264k ∞?=(2)只须求出通量表达式中的常系数0φ 322200222 2cos()cos()cos()()a b c a b c f f f f f f V P E dV E x dx y dy z dz E abc a b c πππφφφπ---=∑=∑=∑????3 182102() 1.00710f f P m s E abc π φ--?==?∑ 2.设一重水—铀反应堆的堆芯222221.28, 1.810, 1.2010k L m m τ--∞==?=?.试按单群理 论,修正单群理论的临界方程分别求出该芯部的材料曲率和达到临界时候的总的中子不泄露几率。 解:对于单群理论:

《核反应堆物理分析》公式整理

第1章—核反应堆物理分析 中子按能量分为三类: 快中子(E ﹥0.1 MeV),中能中子(1eV ﹤E ﹤0.1 MeV),热中子(E ﹤1eV). 共振弹性散射A Z X + 01n → [A+1Z X]*→A Z X + 01n 势散射A Z X + 01n →A Z X + 01n 辐射俘获是最常见的吸收反应.反应式为A Z X + 01n → [A+1Z X]*→A+1Z X + γ 235 U 裂变反应的反应式23592U + 01n → [23692U]*→A1Z1X + A2Z2X +ν01n 微观截面ΔI=-σIN Δx /I I I IN x N x σ-?-?==?? 宏观截面Σ= σN 单位体积内的原子核数0N N A ρ= 中子穿过x 长的路程未发生核反应,而在x 和x+dx 之间发生首次核反应的概率P(x)dx= e -Σx Σdx 核反应率定义为R nv =∑单位是中子∕m 3?s 中子通量密度nv ?= 总的中子通量密度Φ0 ()()()n E v E dE E dE ?∞ ∞ Φ==?? 平均宏观截面或平均截面为()()()E E E E dE R E dE ????∑∑== Φ ? ? 辐射俘获截面和裂变截面之比称为俘获--裂变之比用α表示f γ σασ= 有效裂变中子数1f f a f γνσνσν ησσσα === ++ 有效增殖因数eff k = +系统内中子的产生率 系统内中子的总消失(吸收泄漏)率

四因子公式s d eff n pf k k n εη∞ΛΛ= =Λk pf εη∞= 中子的不泄露概率Λ= +系统内中子的吸收率 系统内中子的吸收率系统内中子的泄露率 热中子利用系数f =燃料吸收的热中子 被吸收的热中子总数 第2章-中子慢化和慢化能谱 2 11A A α-??= ?+?? 在L 系中,散射中子能量分布函数[]' 1 (1)(1)cos 2 c E E ααθ= ++- 能量分布函数与散射角分布函数一一对应(')'()c c f E E dE f d θθ→= 在C 系内碰撞后中子散射角在θc 附近d θc 内的概率: 2d 2(sin )sin d ()42 c c r r d f d r θπθθθθ θθπ= ==对应圆环面积球面积 能量均布定律()(1)dE f E E dE E α' ''→=- - 平均对数能降2(1)11ln 1ln 121A A A A αξαα-+?? =+=- ?--?? 当A>10时可采用以下近似22 3 A ξ≈ + L 系内的平均散射角余弦0 μ00 1223c c d A π μθθ== ? 慢化剂的慢化能力ξ∑s 慢化比ξ∑s /∑a 由E 0慢化到E th 所需的慢化时间t S 0 ()th E s s E E dE t v E λλξ?? =- =?

黄昆版固体物理学课后答案解析答案

《固体物理学》习题解答 黄昆 原著 韩汝琦改编 (陈志远解答,仅供参考) 第一章 晶体结构 1.1、 解:实验表明,很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。因此,可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。这样,一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比,即:晶体原胞的空间利用率, Vc nV x = (1)对于简立方结构:(见教材P2图1-1) a=2r , V= 3 r 3 4π,Vc=a 3,n=1 ∴52.06r 8r 34a r 34x 3 333=π=π=π= (2)对于体心立方:晶胞的体对角线BG=x 3 3 4a r 4a 3=?= n=2, Vc=a 3 ∴68.083)r 3 34(r 342a r 342x 3 3 33≈π=π?=π?= (3)对于面心立方:晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=?= n=4,Vc=a 3 74.062) r 22(r 344a r 344x 3 3 33≈π=π?=π?= (4)对于六角密排:a=2r 晶胞面积:S=62 60sin a a 6S ABO ??=??=2 a 233 晶胞的体积:V=332r 224a 23a 3 8 a 233C S ==?= ? n=1232 1 26112+?+? =6个 74.062r 224r 346x 3 3 ≈π=π?= (5)对于金刚石结构,晶胞的体对角线BG=3 r 8a r 24a 3= ??= n=8, Vc=a 3

核反应堆热工分析课设

目录 一、设计任务 (1) 二、课程设计要求 (2) 三、计算过程 (2) 四、程序设计框图 (8) 五、代码说明书 (9) 六、热工设计准则和出错矫正 (10) 七、重要的核心程序代码 (11) 八、计算结果及分析 (17)

一、设计任务 某压水反应堆的冷却剂及慢化剂都是水,用二氧化铀作燃料,用Zr-4作包壳材料。燃料组件无盒壁,燃料元件为棒状,正方形排列。已知下列参数:系统压力 15.8MPa 堆芯输出功率 1820MW 冷却剂总流量 32100t/h 反应堆进口温度287℃ 堆芯高度 3.66m 燃料组件数 121 燃料组件形式17×17 每个组件燃料棒数 265 燃料包壳直径 9.5mm 燃料包壳内径 8.36mm 燃料包壳厚度 0.57mm 燃料芯块直径 8.19mm 燃料棒间距(栅距) 12.6mm 芯块密度 95% 理论密度旁流系数 5% 燃料元件发热占总发热的份额 97.4% 径向核热管因子 1.35 轴向核热管因子 1.528 局部峰核热管因子 1.11 交混因子 0.95 热流量工程热点因子 1.03 焓升工程热管因子 1.085 堆芯入口局部阻力系数 0.75 堆芯出口局部阻力系数 1.0 堆芯定位隔架局部阻力系数 1.05

若将堆芯自上而下划分为5个控制体,则其轴向归一化功率分布如下 表:堆芯轴向归一化功率分布(轴向等分5个控制体) 通过计算,得出 1. 堆芯出口温度; 2. 燃料棒表面平均热流及最大热流密度,平均线功率,最大线功率; 3. 热管的焓,包壳表面温度,芯块中心温度随轴向的分布; 4. 包壳表面最高温度,芯块中心最高温度; 5. DNBR在轴向上的变化; 6. 计算堆芯压降; 二、课程设计要求 1.设计时间为两周; 2.独立编制程序计算; 3.迭代误差为0.1%; 4.计算机绘图; 5.设计报告写作认真,条理清楚,页面整洁; 6.设计报告中要附源程序。 三、计算过程 目前,压水核反应堆的稳态热工设计准则有: (1)燃料元件芯块内最高温度应低于其相应燃耗下的熔化温度。 目前,压水堆大多采用UO2作为燃料。二氧化铀的熔点约为2805 ±15℃,经辐照后,其熔点会有所降低。燃耗每增加104兆瓦·日/吨铀,其熔点下降32℃。在通常所达到的燃耗深度下,熔点将降至2650℃左右。在稳态热工设计中,一般将燃料元件中心最高温度限制在2200~2450℃之间。 (2)燃料元件外表面不允许发生沸腾临界。

《核反应堆物理分析》名词解释及重要概念整理

第一章—核反应堆的核物理基础 直接相互作用:入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞,使其从核里发射出来,而中子却留在了靶核内的核反应。 中子的散射:散射是使中于慢化(即使中子的动能减小)的主要核反应过程。 非弹性散射:中子首先被靶核吸收而形成处于激发态的复合核,然后靶核通过放出中子并发射γ射线而返回基态。 弹性散射:分为共振弹性散射和势散射。 111001 100[]A A A Z Z Z A A Z Z X n X X n X n X n +*+→→++→+ 微观截面:一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率,或表示一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概率。 宏观截面:表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。也是一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的概率大小的一种度量。 平均自由程:中子在介质中运动时,与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。 核反应率:每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数(统计平均值)。 中子通量密度:某点处中子密度与相应的中子速度的乘积,表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行距离的总和。 多普勒效应:由于靶核的热运动随温度的增加而增加,所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加,同时峰值也逐渐减小,这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。 瞬发中子和缓发中子:裂变中,99%以上的中子是在裂变的瞬间(约10-14s)发射出来的,把这些中子叫瞬发中子;裂变中子中,还有小于1%的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的,把这些中子叫缓发中子。 第二章—中子慢化和慢化能谱 慢化时间:裂变中子能量由裂变能慢化到热能所需要的平均时间。 扩散时间:无限介质内热中子在自产生至被俘获以前所经过的平均时间。 平均寿命:在反应堆动力学计算中往往需要用到快中子自裂变产生到慢化成为热中子,直至最后被俘获的平均时间,称为中子的平均寿命。 慢化密度:在r 处每秒每单位体积内慢化到能量E 以下的中子数。 分界能或缝合能:通常把某个分界能量E c 以下的中子称为热中子,E c 称为分界能或缝合能。 第三章—中子扩散理论 中子角密度:在r 处单位体积内和能量为E 的单位能量间隔内,运动方向为Ω的单位立体角内的中子数目。 慢化长度:中子从慢化成为热中子处到被吸收为止在介质中运动所穿行的直线距离。 徙动长度:快中子从源点产生到变为热中子而被吸收时所穿行的直线距离为r M 。 第四章—均匀反应堆的临界理论 反射层的作用: 1. 减少芯部中子泄漏,从而使得芯部的临界尺寸要比无反射层时的小,节省一部分燃料;

固体物理课后习题与答案

第一章 金属自由电子气体模型习题及答案 1. 你是如何理解绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近这一点的? [解答] 自由电子论只考虑电子的动能。在绝对零度时,金属中的自由(价)电子,分布在费米能级及其以下的能级上,即分布在一个费米球内。在常温下,费米球内部离费米面远的状态全被电子占据,这些电子从格波获取的能量不足以使其跃迁到费米面附近或以外的空状态上,能够发生能态跃迁的仅是费米面附近的少数电子,而绝大多数电子的能态不会改变。也就是说,常温下电子的平均动能与绝对零度时的平均动能十分相近。 2. 晶体膨胀时,费米能级如何变化? [解答] 费米能级 3/222 )3(2πn m E o F = , 其中n 单位体积内的价电子数目。晶体膨胀时,体积变大,电子数目不变,n 变小,费密能级降低。 3. 为什么温度升高,费米能反而降低? [解答] 当K T 0≠时,有一半量子态被电子所占据的能级即是费米能级。除了晶体膨胀引起费米能级降低外,温度升高,费米面附近的电子从格波获取的能量就越大,跃迁到费米面以外的电子就越多,原来有一半量子态被电子所占据的能级上的电子就少于一半,有一半量子态被电子所占据的能级必定降低,也就是说,温度生高,费米能反而降低。 4. 为什么价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大? [解答] 由于绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近,我们讨论绝对零度时电子的平均动能与电子的浓度的关系。 价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大,这是金属中的价电子遵从费米—狄拉克统计分布的必 然结果。在绝对零度时,电子不可能都处于最低能级上,而是在费米球中均匀分布。由式 3/120)3(πn k F =可知,价电子的浓度越大费米球的半径就越大,高能量的电子就越多,价电子的平均动能 就越大。这一点从3 /2220)3(2πn m E F =和3/222)3(10353πn m E E o F ==式看得更清楚。电子的平均动能E 正比于费米能o F E ,而费米能又正比于电子浓度3 2l n 。所以价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大。 5. 两块同种金属,温度不同,接触后,温度未达到相等前,是否存在电势差?为什么? [解答] 两块同种金属,温度分别为1T 和2T ,且21T T >。在这种情况下,温度为1T 的金属高于费米能o F E 的电子数目,多于温度为2T 的金属高于费米能o F E 的电子数目。两块同种金属接触后,系统的能量要取最小值,温度为1T 的金属高于o F E 的部分电子将流向温度为2T 的金属。温度未达到相等前,这种流动一直持续,期间,温度为1T 的金属失去电子,带正电;温度为2T 的金属得到电子,带负电,两者出现电势差。

反应堆热工分析课程设计

《核反应堆热工分析》课程设计 学生:杨伟 学号:20094271 指导教师:陈德奇 专业:核工程与核技术 完成时间:2012年7月5日 重庆大学动力工程学院 二O一二年六月

通过本课程设计,达到以下目的: (1)深入理解压水堆热工设计准则; (2)深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了解平均通道(平均 管)、热通道(热管)、热点等在反应堆热工设计中的应用; (3)掌握堆芯焓场的计算并求出体现反应堆安全性的主要参数;烧毁比 DNBR,最小烧毁比MDNBR,燃料元件中心温度t0及其最高温度t0,max,包壳表面温度t cs及其最高温度t cs,max等; (4)求出体现反应堆先进性的主要参数:堆芯流量功率比,堆芯功率密度, 燃料元件平均热流密度(热通量),最大热流密度,冷却剂平均流速,冷却剂出口温度等; (5)通过本课程设计,掌握压水堆热工校核的具体工具; (6)掌握压降的计算; (7)掌握单相及沸腾时的传热计算。

某压水堆的冷却剂和慢化剂都是水,用UO2作燃料,用Zr-4作燃料包壳材料。燃料组件无盒壁,燃料元件为棒状,采用正方形排列。已知参数如表1所示: 将堆芯自下而上分为6个控制体,其轴向归一化功率分布如表2所示: 表2: 堆芯归一化功率分布

3 计算过程及结果分析 3.1流体堆芯出口温度(平均管) ) 1(***..ζ-+ =p t a in f out f C W N F t t 按15.5MPa 下流体平均温度 =(t f,out + t f,in )/2查表得。 假设出口温度为320,则=(292.4+320)/2=306.2,差得=5.836KJ/Kg 。 20.24633.6*) 05.01(*836.5*685003016000 974.0..=-?+ =in f out f t t 由于 |320 -320.246|<0.5 满足条件 3.2燃料棒表面平均热流密度 = W/ 式中为堆芯内燃料棒的总传热面积 = 燃料棒表面最大热流密度 = W/ 燃料棒平均线功率 == W/m 燃料棒最大线功率 = W/m 根据以上已知的公式查表可计算得: = =

核反应堆热工分析课程设计报告书详细过程版本

课程设计报告 ( 20 13 -- 2014 年度第二学期) 名称:核反应堆热工分析课程设计 题目:利用单通道模型进行反应堆稳态热工设计院系:核科学与工程学院 班级:实践核1101班 学号:1111440306 学生:佳 指导教师:王胜飞 设计周数:1周 成绩:

日期:2014 年 6 月19 日

一、课程设计的目的与要求 反应堆热工设计的任务就是要设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统。对于反应堆热工设计,尤其是对动力堆,最基本的要安全。要求在整个寿期能够长期稳定运行,并能适应启动、功率调节和停堆等功率变化,要保证在一般事故工况下堆芯不会遭到破坏,甚至在最严重的工况下,也要保证堆芯的放射性物质不扩散到周围环境中去。 在进行反应堆热工设计之前,首先要了解并确定的前提为: (1)根据所设计堆的用途和特殊要求(如尺寸、重量等的限制)选定堆型,确定所用的核燃料、冷却剂、慢化剂和结构材料等的种类; (2)反应堆的热功率、堆芯功率分布不均匀系数和水铀比允许的变化围; (3)燃料元件的形状、它在堆芯的分布方式以及栅距允许变化的围; (4)二回路对一回路冷却剂热工参数的要求; (5)冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分配情况。 在设计反应堆冷却系统时,为了保证反应堆运行安全可靠,针对不同的堆型,预先规定了热工设计必须遵守的要求,这些要求通常就称为堆的热工设计准则。目前压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准则,一般有以下几点: (1)燃料元件芯块最高应低于其他相应燃耗下的熔化温度; (2)燃料元件外表面不允许发生沸腾临界; (3)必须保证正常运行工况下燃料元件和堆构件得到充分冷却;在事故工况下能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热; (4)在稳态额定工况和可预计的瞬态运行工况中,不发生流动不稳定性。 在热工设计中,通常是通过平均通道(平均管)可以估算堆芯的总功率,而热通道(热管)则是堆芯中轴向功率最高的通道,通过它确定堆芯功率的上限,热点是堆芯中温度最高的点,代表堆芯热量密度最大的点,通过这个点来确定DNBR。 热工课程设计主要是为了培养学生综合运用反应堆热工分析课程和其它先修课程的理论和实际知识,树立正确的设计思想,培养分析和解决实际问题的能力。通过本课程设计,达到以下目的: 1、深入理解压水堆热工设计准则; 2、深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了平均通道(平均管)、热通道(热管)、热点等在反应堆设计中的应用; 3、掌握堆芯焓场的计算并求出体现在反应堆安全性的主要参数:烧毁比DNBR,最小烧毁比MDNBR,燃料元件中心温度及其最高温度,包壳表面温度及其最高温度等; 4、求出体现反应堆先进性的主要参数:堆芯流量功率比,堆芯功率密度,燃料元件平均热流密度(热通量),最大热流密度,冷却剂平均流速,冷却剂出口温度等; 5、掌握压降的计算;

固体物理(严守胜编著) 课后答案 第1章

1.1对于体积V 内N 个电子的自由电子气体,证明 (1)电子气体的压强 ()() V p 032ξ?=,其中 0ξ为电子气体的基态能量。 (2)体弹性模量()V p V K ??-=为V 100ξ 解:(1) () 3 2 352225 223101101-==V N m h V m k h F πππξ (1.1.1) () () () ()() V V N m h V N m h V N m h V V p 035 352223535222323522223101323231013101ξππππππξ?==??? ? ??--=??? ? ????=??-=--- (1.1.2) (2) ()() () () V V N m h V N m h V V N m h V V V p V K 1031019103531013231013203 8 35222 383 52 22 353522 2ξππππππ==??? ? ??--=??? ? ????-=??-=--- (1.1.3) 1.2 He 3 原子是具有自旋1/2的费米子。在绝对零度附近,液体He 3 的密度为0.081g ?cm -3。 计算费米能量F ε和费米温度F T 。He 3 原子的质量为g m 24105-?≈。 解:把 He 3 原子当作负电背景下的正电费米子气体. Z=1. 3 2832224 1062.11062.1105081 .01m cm m Z n m ?=?=??== --ρ (1.2.1) ( ) 19173 1 2 108279.7108279.73--?=?==m cm n k F π (1.2.2) () eV J m k F F 42327 2 9 3422102626.41080174.6100.52108279.710055.12----?=?=?????= =ηε (1.2.3) K k T B F F 92.410381.1106.801742323=??==--ε (1.2.4)

核反应堆热工分析复习

第一部分 名词解释 第二章 堆的热源及其分布 1、衰变热:对反应堆而言,衰变热是裂变产物和中子俘获产物的放射性衰变所产生的热量。 2、裂变能近似分布:总能200MCV 168是裂变产物的动能 5是裂变中子动能 7是瞬发R 射线能量 13是缓发B 和R 射线能量 同时还有过剩中子引起的辐射俘获反应。 3、堆芯功率分布和因素:径向贝塞尔函数 轴向余弦函数 1燃料布置 2控制棒 3水隙和空泡 第三章 堆的传热过程 4、积分热导率:把u κ对温度t 的积分()dt t u ? κ作为一个整体看待,称之为积分热导率。 5、燃料元件的导热:指依靠热传导把燃料元件中由于核裂变产生的热量从温度较高的燃料芯块内部传递到温度较低的包壳外表面的这样一个过程。 6、换热过程:指燃料元件包壳外表面与冷却剂之间直接接触时的热交换,即热量由包壳的外表面传递给冷却剂的过程。 7、自然对流:指由流体内部密度梯度所引起的流体的运动,而密度梯度通常是由于流体本身的温度场所引起的。 8、大容积沸腾:指由浸没在(具有自由表面)(原来静止的)大容积液体内的受热面所产生的沸腾。 9、流动沸腾:也称为对流沸腾,通常是指流体流经加热通道时产生的沸腾。 10、沸腾曲线:壁面过热度(s w sat t t t -=?)和热流密度q 的关系曲线通常称为沸腾曲线。 11、ONB 点:即沸腾起始点,大容积沸腾中开始产生气泡的点。 12、CHF 点:即临界热流密度或烧毁热流密度,是热流密度上升达到最大的点。Critical heat flux 13、DNB 点:即偏离核态沸腾规律点,是在烧毁点附件表现为q 上升缓慢的核态沸腾的转折点H 。Departure from nuclear boiling 14、沸腾临界:特点是由于沸腾机理的变化引起的换热系数的陡增,导致受热面的温度骤升。达到沸腾临界时的热流密度称为临界热流密度。 15、快速烧毁:由于受热面上逸出的气泡数量太多,以至阻碍了液体的补充,于是在加热面上形成一个蒸汽隔热层,从而使传热性能恶化,加热面的温度骤升; 16、慢速烧毁:高含汽量下,当冷却剂的流型为环状流时,如果由于沸腾而产生过分强烈的汽化,液体层就会被破坏,从而导致沸腾临界。 17、过渡沸腾:是加热表面上任意位置随机存在的一种不稳定膜态沸腾和不稳定核态沸腾的结合,是一种中间传热方式,壁面温度高到不能维持稳定的核态沸腾,而又低得不足以维持稳定的膜态沸腾,传热率随温度而变化,其大小取决于该位置每种沸腾型式存在的时间份额。 18、膜态沸腾:指加热面上形成稳定的蒸汽膜层,q 随着t ?增加而增大。对流动沸腾来说,膜态沸腾又分为反环状流和弥散流。 19、“长大”:多发生在低于350°C 的环境下,它会使燃料芯块变形,表面粗糙化,强度降低,以至破坏。 20、“肿胀”:大于400℃时,由裂变气体氪和氙在晶格中形成小气泡引起的,随着燃耗的增加,气泡的压力增加,结果就是得金属铀块肿胀起来。肿胀是指材料因受辐照而发生体积增大的现象。 21、弥散体燃料:是用机械方法把燃料弥散在热导率高、高温稳定性好的基体金属中制成的

相关主题
相关文档 最新文档