核反应堆物理(三十四)

缓发中子的作用。中子平均寿命l(∞):中子从裂变核放出到在堆内被吸收为止的平均时间。

在热中子反应堆内:l(∞)=t(m)+t(d),式子中,t(m)表示的是中子的慢化时间,t(d)表示中子的扩散时间。

H₂O的慢化时间是10⁻⁵s,扩散时间2.1×10⁻⁴s

可以看到中子的扩散时间远大于中子的慢化时间,也就是说,中子的寿命约等于中子的扩散时间。

在有限体系下,必须考虑中子泄露的影响,l₀=l(∞)·P(l)=l(∞)/1+B²L²,这里的P(l)是中子的不泄露几率。

在不考虑缓发中子的情况下,也就是假设所有的裂变中子都是瞬发中子,接下来,我们推导中子数密度随时间的变化方程。

dn/dt=[K(eff)-1/l₀]n(t),假设n(0)=n₀,则n(t)=n₀·exp{[K(eff)-1/l₀]·t},其中T=l₀/K(eff)-1是反应堆周期:反应堆内中子数密度变化e倍所需的时间

考虑一个处于临界状态的压水堆,其有效增殖系数发生微小搅动,l₀=10⁻⁴s,δ(k)=10⁻³,T=l₀/δ(k)=0.1s,n(t)=n₀·exp(10t),可以看到中子的密度(功率水平)将增加exp(10)≈22000,反应堆的控制非常困难。

考虑缓发中子的寿命,l=(1-β)l₀+Σ(i=1→6)[β(i)·(l₀+t)]=l₀+Σβ(i)t(i)≈0.0849s,β(i)表示第i组缓发中子的份额,t(i)表示第i组缓发中子先驱核的平均寿命

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