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第一章 绪论 1

1.1 反应堆发展概况 1

1.1.1 反应堆主要用途 1

1.1.2 动力堆发展概况 2

1.2 几种主要动力堆堆型 3

1.2.1 燃料循环 3

1.2.2 轻水堆 3

1.2.3 重水堆 4

1.2.4 气冷堆 5

1.2.5 快中子增殖堆 6

1.3 压水堆发展概况 7

1.3.1 四代压水堆 7

1.3.2 几个技术指标 8

1.3.3 目前动向 9

第二章 原子核物理基础 10

2.1 原子核基本性质 10

2.1.1 原子核的组成，质子与中子 10

2.1.2 微观粒子的两重性与中子波长 11

2.1.3 核半径与核子间的相互作用 12

2.1.4 同位素 13

2.2 核衰变 14

2.2.1 衰变类型 14

2.2.2 衰变规律 16

2.3 结合能与原子核的稳定性 18

2.3.1 实验事实 18

2.3.2 比结合能曲线与结合能半经验公式 19

2.3.3 核的稳定性和原子能 20

2.4 中子核反应 21

2.4.1 一般讨论 21

2.4.2 微观截面 23

2.4.3 宏观截面、反应率与中子通量 24

2.4.4 复核模型 26

2.4.5 截面的变化规律 28

2.5 裂变反应 31

2.5.1 裂变临界能 31

2.5.2 裂变截面 32

2.5.3 裂变产物 35

2.5.4 裂变中子 36

2.5.5 裂变释放的能量 38

2.5.6 反应堆热功率 39

2.5.7 衰变热 39

2.6 中子源简单介绍 40

2.6.1 （a,n）及（γ,n）中子源 40

2.6.2 其他中子源 41

2.7 辐射与物质的相互作用 41

2.7.1 带电粒子的电离损失与射程 41

2.7.2 α粒子与物质的相互作用 42

2.7.3 β粒子与物质的相互作用 44

2.7.4 γ射线与物质的相互作用 44

第三章 压水堆本体结构 49

3.1 压水堆动力装置 49

3.1.1 装置的基本组成与总体布置 49

3.1.2 一回路系统 51

3.1.3 二回路系统 57

3.1.4 核电站效率 59

3.1.5 船用压水堆装置的某些特点 60

3.2 压水堆本体结构 60

3.2.1 概述 60

3.2.2 堆芯 63

3.2.3 堆内构件 64

3.2.4 压力壳 66

3.2.5 冷却剂流程 67

3.3 核燃料与结构材料 68

3.3.1 核燃料 68

3.3.2 包壳和结构材料 71

3.4 堆芯构件 75

3.4.1 燃料元件 75

3.4.2 17×17排列的燃料组件 77

3.4.3 控制棒组件 81

3.4.4 堆芯其它构件 83

3.5 控制棒驱动机构 84

3.5.1 概述 84

3.5.2 磁力提升式驱动机构 84

3.5.3 动作原理 86

第四章 中子的扩散、慢化与反应堆临界理论 88

4.1 链式反应与反应堆临界概念 88

4.1.1 链式反应与中子循环 88

4.1.2 四因子公式与临界概念 90

4.2 单速中子的扩散 92

4.2.1 单速中子扩散模型 92

4.2.2 中子流密度矢量与斐克定律 93

4.2.3 连续性方程 97

4.2.4 扩散方程及其边界条件 98

4.2.5 点源扩散问题 100

4.2.6 扩散长度的统计意义 101

4.3 中子的慢化 102

4.3.1 物理机制 102

4.3.2 弹性碰撞理论 103

4.3.3 中子慢化中的碰撞次数与慢化剂 105

4.4 群扩散方法 107

4.4.1 群扩散方程 107

4.4.2 中子慢化扩散的二群计算与中子年龄 109

4.4.3 热中子与麦克斯韦分布律 111

4.5 均匀裸堆的临界计算 114

4.5.1 一群扩散方程与均匀平板裸堆 114

4.5.2 有限圆柱形均匀裸堆的一群计算 117

4.5.3 一群临界方程与临界尺寸 120

4.5.4 其他几何形状的均匀裸堆与通量不均匀因子 123

4.5.5 二群临界方程与徙动长度 124

4.6 有反射层的均匀堆 127

4.6.1 有反射层平板堆的一群临界方程 127

4.6.2 反射层节省 130

4.6.3 反射层对中子通量分布的影响 131

4.7 非均匀反应堆 132

4.7.1 通量分布 132

4.7.2 非均匀堆的四因子参数 134

第五章 反应堆动态物理——反应性的变化与控制 136

5.1 温度效应 136

5.1.1 温度效应及其意义 136

5.1.2 温度系数分类及其数量级 138

5.1.3 多普勒效应 139

5.1.4 均匀堆的慢化剂温度系数 141

5.1.5 压水堆的慢化剂温度系数 143

5.1.6 功率系数、流量系数与空泡系数 144

5.2 中毒效应 145

5.2.1 概述 145

5.2.2 毒物的毒性 146

5.2.3 135Xe的物理过程及其动力学方程 146

5.2.4 平衡氙中毒 147

5.2.5 瞬时开堆下的氙毒 148

5.2.6 碘坑与氙振荡 149

5.2.7 结渣（149Sm）的毒性效应 151

5.3 反应堆燃耗 154

5.3.1 物理过程 154

5.3.2 燃耗的动力学方程 155

5.3.3 剩余反应性与反应堆寿期的概念 156

5.3.4 无限大热堆的燃耗计算 156

5.3.5 有限大热堆的燃耗计算 159

5.3.6 燃耗深度与反应性燃耗系数 160

5.3.7 功率展平与燃料管理 161

5.4 反应性控制 162

5.4.1 后备反应性分配 162

5.4.2 反应性控制的基本原理与方法 163

5.5 控制棒 164

5.5.1 控制棒设计与材料特性 164

5.5.2 中心单棒的价值 166

5.5.3 偏心棒价值与相干效应 169

5.5.4 棒环总价值与相干效应的进一步讨论 170

5.5.5 积分价值与微分价值 171

5.5.6 最佳提棒程序问题 173

5.6 化学控制剂与可燃毒物管 173

5.6.1 化学控制剂——载硼运行 173

5.6.2 可燃毒物管 175

第六章 反应堆中子动力学 176

6.1 中子动力学基础 176

6.1.1 不考虑缓发中子时的中子动力学 176

6.1.2 反应堆周期 179

6.1.3 缓发中子效应的初步讨论 180

6.2 点堆模型基本方程 181

6.2.1 基本方程 181

6.2.2 方程的导出与讨论 182

6.3 反应性为常数与小阶跃变化时的问题 186

6.3.1 有外加中子源时的稳定态与临界问题 186

6.3.2 反应性小阶跃变化时的中子密度响应（单组缓发中子） 187

6.3.3 反应性小阶跃变化时的中子密度响应（多组缓发中子） 192

6.3.4 瞬时跃变近似 195

6.3.5 瞬发临界 197

6.4 反应性等速率变化时的问题 198

6.4.1 无限慢提棒与下限周期 198

6.4.2 反应性常速率变化时的中子水平 199

6.4.3 反应性常速率变化时的中子水平的解析表达式与反应堆周期 201

6.4.4 临界时的中子水平与周期 204

6.5 有温度反馈时的反应堆功率突变响应 205

6.5.1 输入大阶跃反应性时的诺德黑姆-福赫斯模型 205

6.5.2 输入小阶跃反应性时的瞬时跃变模型 211

第七章 反应堆热工 214

7.1 堆内释热 214

7.1.1 燃料内的释热 214

7.1.2 堆内宏观功率分布 216

7.1.3 燃料棒与堆内的释热计算 216

7.1.4 结构材料、慢化剂及压力壳内的释热 218

7.1.5 停堆后的释热及其冷却 219

7.2 堆内传热 222

7.2.1 热量从反应堆中输出的过程 222

7.2.2 热传导方程 223

7.2.3 对流放热系数的计算 225

7.2.4 影响对流放热系数的某些因素 228

7.2.5 冷却剂及其排热性能 230

7.3 燃料元件的传热及元件横截面上的温度分布 232

7.3.1 假设条件 232

7.3.2 板状元件的传热计算及元件横截面上的温度分布 232

7.3.3 棒状元件的传热计算及横截面上的温度分布 236

7.3.4 积分热导率 239

7.4 燃料元件及冷却剂的轴向温度分布 240

7.4.1 基本假设 240

7.4.2 轴向温度分布 241

7.4.3 燃料元件内的最高温度及其位置 243

7.5 冷却剂的沸腾放热 246

7.5.1 概述 246

7.5.2 沸腾工况 247

7.5.3 泡核沸腾放热 248

7.5.4 沸腾危机与临界热通量 250

7.6 堆内冷却剂的流动与压降 253

7.6.1 引言 253

7.6.2 机械能守恒方程 253

7.6.3 单相流的压降 255

7.6.4 两相流的基本概念 259

7.6.5 两相流的压降 264

7.7 堆芯热工设计 268

7.7.1 引言 268

7.7.2 堆的热工设计参数 269

7.7.3 实际反应堆内功率分布的非均匀性问题 270

7.7.4 堆芯热工设计准则 277

7.7.5 压水堆稳态热工设计步骤 280

第八章 反应堆及其动力装置的功率控制 283

8.1 反应堆功率控制的基本概念 283

8.1.1 反应堆的功率控制过程 283

8.1.2 几个基本概念 284

8.2 无外控时的反应堆动力装置动态特性 286

8.2.1 反应堆中的各种反馈 286

8.2.2 压水堆及其动力装置的热动力学数学模型 288

8.2.3 压水堆动力装置的自稳性 291

8.2.4 压水堆动力装置的自调性 296

8.2.5 自稳性与自调性的实例 298

8.3 反应堆动力装置的功率自动控制系统 299

8.3.1 反应堆动力装置的稳态运行方案 299

8.3.2 功率自控系统的功能、设计与组成 302

8.3.3 Tw不变的功率自控系统 303

8.3.4 ps不变的功率自控系统 306

8.4 外控系统投入后反应堆动力装置的过渡过程 306

8.4.1 对反应性扰动的响应 306

8.4.2 对负荷扰动的响应 307

第九章 核辐射探测、反应堆核测与安全保护系统 310

9.1 核辐射探测 310

9.1.1 气体的电离 310

9.1.2 各种电离室 312

9.1.3 正比计数器 313

9.1.4 盖革-弥勒（G-M）计数管 314

9.1.5 半导体探测器、闪烁计数器及核乳胶胶片等 315

9.1.6 自给能探测器 316

9.2 反应堆的核测量系统 317

9.2.1 反应堆的功率测量方法 317

9.2.2 中子通量的测量量程 318

9.2.3 核测量系统 319

9.3 反应堆的安全保护系统 320

9.3.1 设计原则、作用与要求 320

9.3.2 组成 321

9.3.3 逻辑元件简介 321

9.3.4 几个安全保护系统 322

9.3.5 快速停堆落棒的时间延迟 324

第十章 辐射防护与屏蔽 325

10.1 辐射量及其单位 325

10.1.1 放射性活度与居里 325

10.1.2 照射量、照射率与伦琴 326

10.1.3 吸收剂量与拉德 327

10.1.4 剂量当量与雷姆 327

10.1.5 国际单位制 328

10.2 辐射对人体的损伤 329

10.2.1 躯体效应 330

10.2.2 遗传效应 332

10.3 辐射防护标准与防护原则 332

10.3.1 防护标准简史 332

10.3.2 我国的标准 333

10.3.3 辐射防护的基本原则 335

10.4 国际放射防护委员会（ICRP）关于辐射防护标准的新建议 337

10.4.1 放射生物学方面的考虑 337

10.4.2 基本极限 338

10.4.3 各种防护标准 340

10.5 反应堆及其一回路系统的辐射源 341

10.5.1 反应堆的中子 341

10.5.2 反应堆的γ辐射 341

10.5.3 反应堆停闭后的放射性活度 343

10.5.4 主回路等系统中的放射性，反应堆系统的放射性气体与气溶胶 343

10.6 γ射线的屏蔽 345

10.6.1 积累因子的概念 345

10.6.2 点源屏蔽的积累因子 348

10.6.3 无限大均匀面源的屏蔽 349

10.6.4 其它几何源的屏蔽 352

10.6.5 γ射线屏蔽材料与多层屏蔽 354

10.7 中子的屏蔽 355

10.7.1 概述 355

10.7.2 快中子分出理论 355

10.7.3 点源核函数 356

10.7.4 盘状裂变中子源 357

10.7.5 两个简单例子 359

10.8 反应堆及其装置的屏蔽 360

10.8.1 屏蔽设计概述 360

10.8.2 电站压水堆的屏蔽 362

10.8.3 船用堆的屏蔽 362

10.9 辐射监测系统 363

10.9.1 辐射安全监测 363

10.9.2 工艺辐射监测 364

第十一章 反应堆运行 366

11.1 反应堆启动 366

11.1.1 冷启动 366

11.1.2 典型启动过程的通量与周期 368

11.1.3 热启动 371

11.2 功率运行与停堆 372

11.2.1 功率运行 372

11.2.2 停堆 374

11.3 典型事故 374

11.3.1 事故分类 374

11.3.2 启动和连续提棒事故 375

11.3.3 失水事故 376

11.3.4 主循环泵断电事故 377

11.3.5 冷水事故 378

附录 380

附录Ⅰ 基本物理常数 380

附录Ⅱ 单位换算表 381

附录Ⅲ 贝塞尔函数 382

附录Ⅳ 一些核素的热截面（对0.0253电子伏或2200米／秒的中子） 383

附录Ⅴ 一些物质的热物性 384

参考文献 387