反应堆物理分析第一章练习.ppt

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1、核反应堆物理习题课核反应堆物理习题课反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识1、计算相距、计算相距r的两点电荷的两点电荷Z1和和Z2间的相互作用力间的相互作用力解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识2、试估算核物质的密度、试估算核物质的密度原子核的半径原子核的半径密度密度*现在计算质子的质量密度，现在计算质子的质量密度，我们近似认为质子质量等于氢原我们近似认为质子质量等于氢原子质量子质量解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识 3、设向核反应堆活性区内装入燃料、设向核反应堆活性区内装入燃料235U和和中子和和中子慢化剂慢化剂9Be，核数

2、比为，核数比为NU/NBe=0.4%,试求燃料和试求燃料和慢化剂的重量比慢化剂的重量比解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识4、水的密度为、水的密度为1000Kg/m3，对能量为，对能量为0.0253ev 的的中子，氢核和氧核的微观吸收截面分别为中子，氢核和氧核的微观吸收截面分别为0.332 靶和靶和0.0002 靶，求水的宏观吸收截面，和水的平靶，求水的宏观吸收截面，和水的平均自由程。均自由程。解：解：1m3水分子数目水分子数目反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识5、能量为、能量为E1的中子密度的中子密度n1=105中子中子/米米3，而能

3、量，而能量E2=1keV的中子密度的中子密度n2=103中子中子/米米3，求它们的中子通，求它们的中子通量比量比解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识6、中子与原子核的相互作用的三种过程；、中子与原子核的相互作用的三种过程；反应堆中，中子与物质的相互作用。反应堆中，中子与物质的相互作用。解：中子与原子核的三种作用：解：中子与原子核的三种作用：1）势散射；）势散射；2）直接）直接相互作用；相互作用；3）复合核的形成）复合核的形成 反应堆中，中子与物质的相互作用：反应堆中，中子与物质的相互作用：1）散射：包）散射：包括弹性散射和非弹性散射；括弹性散射和非弹性散射；2）吸收：包括辐射俘获和

4、）吸收：包括辐射俘获和裂变裂变反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识7、初始质量为、初始质量为4 毫克的毫克的Po（T1/2=138.4 天），试问天），试问经过经过10 天衰变掉天衰变掉_毫克。毫克。解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识8、试问一克、试问一克226Ra(T1/2=1620 年年)在在1 秒内产生秒内产生_ 衰变衰变;一克一克238U（T1/2=4.5109年）在一秒年）在一秒内产生内产生_ 衰变。衰变。解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识9、已知、已知 放射性同位素放射性同位素210Po（T1/2=138.4 日）日）,具有具有放射性放射性1 居里，

5、则其质量为居里，则其质量为_。解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识10、微观截面是什么的度量？宏观截面呢、微观截面是什么的度量？宏观截面呢？它们的量纲是什么？它们的量纲是什么？解：微观截面解：微观截面表征一个入射粒子与单位面积内一个靶核表征一个入射粒子与单位面积内一个靶核发生作用的几率大小；发生作用的几率大小；宏观截面宏观截面是单位体积内所有靶核的微观截是单位体积内所有靶核的微观截 面的总和面的总和表征一个入射粒子与单位体积内所有靶核发生作用的几表征一个入射粒子与单位体积内所有靶核发生作用的几率大小。率大小。微观截面微观截面具有面积的量纲；具有面积的量纲；宏观截面宏观截面具有长度具

6、有长度-1的量纲。的量纲。反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识11、有效增值系数的定义是什么？在实用、有效增值系数的定义是什么？在实用中怎么表示方便？中怎么表示方便？解：有效增值系数用解：有效增值系数用K 来表示，它的定义是：来表示，它的定义是：在实际应用中：在实际应用中：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识12、什么叫临界系统？什么叫次临界系统？什么叫超临界、什么叫临界系统？什么叫次临界系统？什么叫超临界系统？系统？解：若芯部的有效增值系数解：若芯部的有效增值系数K恰好等于恰好等于1，则系统内中子的，则系统内中子的产生率便恰好等于中子的消失率，这样，在系统内已经产生率便恰好等于中子的

7、消失率，这样，在系统内已经进行的链式裂变反应将以恒定的速率不断进行下去，也进行的链式裂变反应将以恒定的速率不断进行下去，也就是说，链式裂变反应过程处于稳态状况，这种系统便就是说，链式裂变反应过程处于稳态状况，这种系统便称为邻界系统；若有效增值系数称为邻界系统；若有效增值系数K小于小于1，这时系统内中，这时系统内中子数目将随时间而不断衰减，链式裂变反应是非自续的，子数目将随时间而不断衰减，链式裂变反应是非自续的，这时系统便称为次临界系统；若有效增值系数这时系统便称为次临界系统；若有效增值系数K 大于大于1，则系统内的中子数目将随时间而不断地增加，我们称，则系统内的中子数目将随时间而不断地增加，我

8、们称这种系统为超临界系统。这种系统为超临界系统。反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识13、在、在235U 的增值介质内，热中子密度等于的增值介质内，热中子密度等于106中子中子/cm3,燃料核数为燃料核数为NU-235=51018/cm3,试求每秒钟的裂变数和试求每秒钟的裂变数和不裂变的吸收数。不裂变的吸收数。解：取热中子能量为，解：取热中子能量为，v=2200m/s 吸收反应率为：吸收反应率为：裂变反应率裂变反应率俘获反应率俘获反应率反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识14、二氧化铀的密度为、二氧化铀的密度为10.42103kg/m3,铀的富集铀的富集度为度为3，已知在，已知在0.0

9、253ev 时，时，235U的微观吸收的微观吸收截面为靶，截面为靶，238U 为靶，为靶，O为为210-4靶。确定靶。确定UO2的宏观吸收截面的宏观吸收截面a。235U与与238U核子数之比核子数之比UO2分子量分子量解：解：反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识UO2宏观截面宏观截面反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识15、反应堆在、反应堆在5 兆瓦的功率下运行，由不裂变吸收兆瓦的功率下运行，由不裂变吸收造成的中子损失为造成的中子损失为45，问有多少中子泄漏到活，问有多少中子泄漏到活性区之外？性区之外？解：设单次裂变产生中子数为个，则不裂变吸收中子解：设单次裂变产生中子数为个，则不裂变

10、吸收中子数为个，数为个，要维持持续稳定链式裂变反应，必须有要维持持续稳定链式裂变反应，必须有1个中子引发个中子引发下次裂变，因此泄漏中子为，占裂变中子数的下次裂变，因此泄漏中子为，占裂变中子数的40%反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知识 同时假设，单次裂变放出的能量为：同时假设，单次裂变放出的能量为：200MeV=2001061.610-19J=3.210-11J 则一秒发生的裂变数，即裂变中子数为：则一秒发生的裂变数，即裂变中子数为：因此，泄漏到活性区外的中子数为：因此，泄漏到活性区外的中子数为：1.56101740%=6.251016中子中子/秒秒反应堆核物理基础知识反应堆核物理基础知

11、识16、测量放射性同位素的放射性、测量放射性同位素的放射性C(居里居里)，经过每，经过每2小时给出下列结果：；居里，试估算该小时给出下列结果：；居里，试估算该同位素的半衰期同位素的半衰期解：解：N1/N2=C1/C2=2t/T，由此，由此T=0.693t/ln(C1/C2)其中其中t测量放射性强度的间隔时间；测量放射性强度的间隔时间；C1/C2放射性强度每一放射性强度每一次测量对下一次测量的比值。在该情况下，次测量对下一次测量的比值。在该情况下，t2小时：小时：C1/C2；。偏值最大的；。偏值最大的C1/C2应视为不正确（不精应视为不正确（不精确的测量）而把它舍弃掉，在该情况下，所有的数值均与确的测量）而把它舍弃掉，在该情况下，所有的数值均与平均值相接近。于是，小时。平均值相接近。于是，小时。