核反应堆物理理论与计算方法PDF电子书下载

第1章 核反应堆的核物理基础 1

1.1 中子与原子核的相互作用 1

1.1.1 中子 1

1.1.2 中子与原子核相互作用的机理 2

1.1.3 中子的散射 4

1.1.4 中子的吸收 5

1.1.5 核反应堆内中子与物质的作用 7

1.2 中子截面和核反应率 8

1.2.1 微观截面 8

1.2.2 宏观截面、平均自由程 9

1.2.3 核反应率、中子通量密度和平均截面 12

1.2.4 截面随中子能量的变化 14

1.2.5 核数据库 17

1.3 共振吸收 19

1.3.1 共振截面——单能级布赖特-维格纳公式 20

1.3.2 多普勒效应 21

1.4 核裂变过程 23

1.4.1 裂变能量的释放，反应堆功率和中子通量密度的关系 23

1.4.2 裂变产物与裂变中子的发射 25

1.5 链式裂变反应 28

1.5.1 自持链式裂变反应和临界条件 28

1.5.2 热中子反应堆内的中子循环 30

习题 32

参考文献 32

第2章 中子慢化和慢化能谱 34

2.1 中子的弹性散射过程 34

2.1.1 弹性散射时能量的变化 35

2.1.2 散射后中子能量的分布 37

2.1.3 平均对数能降 38

2.1.4 平均散射角余弦 39

2.1.5 慢化剂的选择 40

2.1.6 弹性慢化时间 40

2.2 无限均匀介质内中子的慢化能谱 42

2.2.1 无限均匀介质内中子的慢化方程 42

2.2.2 在含氢介质内的慢化 43

2.2.3 在A＞1的无限介质内的慢化 45

2.3 均匀介质中的共振吸收 47

2.3.1 均匀介质有效共振积分及逃脱共振俘获概率 47

2.3.2 计算有效共振积分的近似计算模型 50

2.3.3 有效共振积分的计算 52

2.4 热中子反应堆内能谱的近似分布与热中子的平均截面 53

2.4.1 热中子反应堆内的近似能谱 53

2.4.2 热中子的平均截面 56

参考文献 57

习题 58

第3章 中子扩散理论 60

3.1 单能中子扩散方程 61

3.1.1 斐克定律 62

3.1.2 单能中子扩散方程的建立 65

3.1.3 扩散方程的边界条件 66

3.1.4 斐克定律和扩散理论的适用范围 68

3.2 非增殖介质内中子扩散方程的解 69

3.3 扩散长度 74

3.4 反照率 76

3.5 与能量相关的中子扩散方程和分群扩散理论 77

3.5.1 与能量相关的中子扩散方程 77

3.5.2 分群扩散理论 78

3.6 扩散-年龄近似 79

3.6.1 扩散-年龄近似 79

3.6.2 中子年龄 81

习题 83

参考文献 83

第4章 均匀反应堆的临界理论 87

4.1 均匀裸堆的单群理论 87

4.1.1 均匀裸堆的单群扩散方程及其解 88

4.1.2 热中子反应堆的临界条件 90

4.1.3 各种几何形状裸堆的几何曲率和中子通量密度分布 93

4.1.4 反应堆曲率和临界计算任务 97

4.1.5 单群理论的修正 98

4.2 有反射层反应堆的单群扩散理论 99

4.2.1 反射层的作用 99

4.2.2 一侧带有反射的反应堆 100

4.2.3 反射层节省 105

4.3 双群扩散理论 107

4.3.1 双群方程 108

4.3.2 双群方程的解 109

4.3.3 双群临界方程及中子通量密度分布 112

4.4 多群扩散方程的数值解法 116

4.4.1 源迭代法 116

4.4.2 二维扩散方程的数值解法 118

参考文献 123

习题 123

第5章 栅格的非均匀效应与均匀化群常数的计算 126

5.1 栅格的非均匀效应 126

5.2.1 栅格的均匀化 128

5.2 栅格的均匀化处理 128

5.2.2 均匀化截面的计算 129

5.3 栅元均匀化群常数的计算 131

5.3.1 积分输运理论的基本方程 132

5.3.2 中子飞行首次碰撞概率的计算 134

5.3.3 等效栅元边界条件 137

5.3.4 碰撞概率方程的解及少群常数的计算 139

5.4 燃料组件内中子通量密度分布及少群常数的计算 140

5.5 非均匀栅格的共振吸收 142

5.5.1 非均匀栅元有有效共振积分的计算 142

5.5.2 等价原理 144

5.5.3 互屏(丹可夫)效应与无限栅格有效共振积分计算 147

5.5.4 温度对共振吸收的影响 148

5.5.5 共振区群常数的计算 149

5.5.6 有效共振积分的半经验公式 149

5.6 栅格几何参数的选择 150

参考文献 152

习题 152

第6章 反应性随时间的变化 154

6.1 核燃料中重同位素成分随时间的变化 154

6.1.1 核燃料中得同位素的燃耗方程 154

6.1.2 核燃料中得同位素燃耗方程的解 157

6.2.1 135Xe中毒 160

6.2 裂变产物中毒 160

6.2.2 149Sm中毒 169

6.2.3 其他裂变产物中毒 171

6.3 反应性随时间的变化与燃耗深度 172

6.3.1 反应性随时间的变化与堆芯寿期 172

6.3.2 燃耗深度 174

6.4 核燃料的转换与循环 175

6.4.1 转换与增殖 175

6.4.2 几种动力堆的燃料的循环 179

参考文献 182

习题 182

第7章 温度效应与反应性控制 184

7.1.1 反应性温度系数及其对核反应堆稳定性的影响 185

7.1 反应性温度系数 185

7.1.2 燃料温度系数 186

7.1.3 慢化剂温度系数 187

7.1.4 其他反应性系数 188

7.1.5 温度系数的计算 189

7.2 反应性控制的任务和方式 189

7.2.1 反应性控制中所用的几个物理量 189

7.2.2 反应性控制的任务 190

7.2.3 反应性控制的方式 191

7.3 控制棒控制 191

7.3.1 控制棒的作用和一般考虑 191

7.3.2 控制棒价值的计算 193

7.3.4 控制棒间的干涉效应 194

7.3.3 控制棒插入深度对控制棒价值的影响 194

7.3.5 控制棒插入不同深度对堆芯功率分布的影响 196

7.4 可燃毒物控制 197

7.4.1 可燃毒物的作用 197

7.4.2 可燃毒物的布置及其对反应性的影响 198

7.4.3 可燃毒物的计算 201

7.5 化学补偿控制 202

参考文献 203

习题 204

第8章 核反应堆动力学 205

8.1 不考虑缓发中子的核反应堆动力学 205

8.2 考虑缓发中子的点堆动力学 207

8.3 阶跃扰动时点堆模型动态方程的解 210

8.4 反应堆周期 213

8.5 点堆动力学方程的近似解法 217

8.5.1 单组缓发中子 217

8.5.2 常数缓发中源近似 220

8.5.3 瞬跳近似 221

8.6 点堆动力学方程的数值解法 222

参考文献 226

习题 226

第9章 核燃料管理 227

9.1 引言 227

9.1.1 核燃料管理中的基本物理量 227

9.1.2 核燃料管理的主要任务 228

9.2 多循环燃料管理 230

9.2.1 平衡循环 230

9.2.2 初始循环与过渡循环 238

9.2.3 多循环燃料管理计算 239

9.2.4 多循环燃料管理优化 241

9.3 单循环燃料管理 242

9.3.1 堆芯换料方案 242

9.3.2 堆芯燃料管理计算 246

9.4 堆芯换料设计的优化 248

9.4.1 堆芯换料设计优化模型 248

9.4.2 堆芯换料设计优化方法 249

参考文献 252

10.1 共轭算子和反应堆共轭方程 255

10.1.1 共轭算子 255

第10章 微扰理论 255

10.1.2 反应堆共轭方程 256

10.2 中子价值 259

10.2.1 中子价值 259

10.2.2 反应堆共轭方程的物理解释 261

10.3 微扰理论及其应用 264

10.3.1 扰动方程 264

10.3.2 微扰理论应用举例 266

参考文献 268

附录1 国际单位制(SI) 269

附录 269

附录2 基本常数 271

附录3 元素与一些分子的截面和核参数 272

附录4 Ψ(ξ,x)与x(ξ,x)的表 277

附录5 非1/υ因子 278

附录6 δ函数 279

附录7 指数积分函数 279

附录8 En(x)函数 280

附录9 误差函数erf(x) 280

附录10 贝塞尔函数 281

附录11 Bickley函数 283

索引 285