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清华大学核反应堆物理分析

1、热中子反应堆内,瞬发中子的平均寿期比自由中子的半衰期( )。

A、短的多;B、长的多;C、一样大 。

1、某压水堆采用二氧化铀作燃料,其复集度为2.43%(重量),密度为104公斤/米2,计算:当中子能量为0.025ev时,二氧化铀的宏观吸收截面和宏观裂变截面(复集度表示铀-235在铀中所占的重量百分比)。

2、 某反应堆堆芯由铀-235、水和铝组成,各元素所占的体积比分别为0.002,0.600和0.398,计算堆芯的总吸收截面(0.025ev)。

3、 求热中子(0.025ev)在轻水、重水和镉中运动时,被吸收前平均遭受的散射碰撞数。

4、 试比较:将2.0M电子伏的中子束减弱到1/10所需的铝、钠和铝和铅的厚度。

5、 一个中子运动两个平均自由程及1/2个平均自由程而不与介质发生作用的几率分别是多少?

6、 堆芯的宏观裂变截面为5米-1,功率密度为20×106瓦/m3,求堆芯内的平均中子通量密度。

7、 有一座小型核电站,电功率为15万千瓦,设电站的效率为27%,试估算该电站反应堆额定功率运行一小时所消耗的铀-235数量。

8、 某反应堆在额定功率500兆瓦下运行了31天后停堆,设每次裂变产生的裂变产生的裂变产物的放射性活度为1.08×10-16 t-1.2居里,此处t为裂变后的时间,单位为天,试估计停堆后24小时堆内裂变产物的居里数。

9、 1)计算并画出中子能量为0.025电子伏时的复集铀的参数η与复集度的函数关系。

2)有一座热中子反应堆,无限增值系数为1.10,快中子裂变因子,逃脱共振几率和热中子利用系数三者的乘积为0.65,试确定该堆所用核燃料铀的复集度。

10、 某反应堆堆芯由铀-235、水和铝组成,各元素所占的体积比分别为0.002,0.600和0.398,求堆芯的中子温度、热中子平均宏观截面和热中子利用系数。设堆芯是均匀的,介质温度为570开,

(ξσs)H2O=0.4567×10-26米2,(ξσs)Al=0.1012×10-28米2,

(ξσs)U=0.126×10-28米2,堆芯的热中子能谱为麦克斯韦谱。

11、 计算温度为535.5开、密度为0.802×103的水的热中子平均宏观吸收截面。

12、 设核燃料中铀-235的浓缩度为3.2%(重量),试求其铀-235与铀-238的核数之比。

13、 为使铀的η=1.7,试求铀中铀-235的复集度为多少(设中子能量为0.0253电子伏)。

14、 为了得到1千瓦小时的能量,需要使多少铀-235产生裂变。

15、 反应堆的电功率为1000兆瓦,设电站的效率为32%。问每秒有多少个铀-235核发生裂变?问运行一年共需消耗多少公斤易裂变物质?一座相同功率煤电厂在同样时间需要多少

燃料?已知煤的燃烧热为Q=29兆焦/公斤。

16、 某压水的电功率为990兆瓦,设电站的效率为32%,运行了3个月后停堆。试计算停堆后1分钟、1小时、10小时、1天10天、1月后的衰变热。同样计算运行一年后停堆的情况。

17、 试求1吨天然铀的放射性强度和具有相同的放射性强度的21084Po的质量。

(~0.35居里;~80毫克)

1、 有二束方向相反的平均热中子束射到铀-235的薄片上,设其上某点自左面入射的中子束强度为1016中子/米2秒。自右面入射的中子束强度为2×1016中子/米2秒。

计算:(a)该点的中子通量密度;(b)该点的中子流密度。(c)设Σa =19.2×102米-1,求该点的吸收率。

2、 设在x处中子密度的分布函数是

n(x,E,Ω) =(n0/2π)×e-x/λeαE(1+cosμ) 其中,λ,α为常数,μ是Ω与x轴的夹角。

求:(a)中子总密度n(x);(b)与能量相关的中子通量密度Φ(x,E);(c)中子流密度J(x,E)。

3、 试证明在中子通量密度为各向同性的一点上。沿任何方向的中子流密度J+=Φ/4。

4、 证明某表面上出射中子流Jout、入射中子流Jin和表面中子通量密度Φ(a)=2(Jout +Jin)。

5、 在某球形裸堆(R=0.5米)内中子通量密度分布为

Φ(r)=(5×1017/r)sin(πr/R)中子/米2秒

试求:(a)

Φ(0); (b)J(r)的表达式,设D=0.8×10-2米; (c)每秒从堆表面泄漏的总中子数(假设外堆距离很小可略去不计)。

6、 设一立方体反应堆,边长a=9米。中子通量密度分布为

Φ(x,y,z)=3.1017cos(πx/a)cos(πy/a)cos(πz/a)中子/米2秒,已知D=0.84×10-2米,L=0.175米。

试求:(a)J(r)表达式; (b)从两端及侧面每秒泄漏的中子数; (c)每秒被吸收的中子数,(设外推距离很小可略去)。

7、 圆柱体裸堆内中子通量密度分布为: Φ(r,z)=1016cos(πz/H)J0(2.405r/R)中子/米2秒

其中,H、R为反应堆的高度和半径(假定外推距离可略去不计)。试求:(a)径向和轴向的平均中子通量密度和最大中子通量密度之比; (b)每秒从堆侧表面和两个端面泄漏的中子数;

(c)设H=7米,R=3米,反应堆功率为10兆瓦,σ5f=410靶,求反应堆内铀-235的装载量。

8、 试计算E=0.025电子伏时的铍和石墨的扩散系数。

9、 设某石墨介质内,热中子的微观吸收和散射截面分别为σa=4.5×10-2靶和σs=4.8靶。试计算石墨的热中子扩散长度L和吸收自由程λa,比较两者数值大小,并说明其差异的原因。

10、 设有一天然铀-石墨均匀介质,设其体积比为Vc/Vv=60。介质温度t=350摄氏度,试求该混合介质的扩散长度。

11、 试计算t=535开,ρ=802公斤/米3时水的热中子扩散长度和扩散系数。

12、 如图2-15所示,在无限介质内有两个源强为S中子/秒的电源,试求p1和p2的中子通量密度和中子流密度。

13、 在半径为R的均匀球体中心,有一个各向同性的单位强度热中子源,介质的宏观截面为Σa。

试分别求:(a)介质Σa=0; (b) 两种情况下球体内的中子通量密度分布和中子自球表面逃到真空的几率是多少?为什么这两者不同?

14、 设有R=1.2米的石墨球内,球心有一电源S,源强为106中子/秒,试求r=0.2,0.5和1米处的中子通量密度(已知石墨的1/L=1.85米-1 D=9.4×10-3米)。

15、 设有一强度为I中子/米2·秒的平均中子束入射到厚度为a的无限平板层上。试求:(a)中子不遭受碰撞而穿过平板的几率; (b)平板内中子通量密度的分布; (c)中子最终扩散穿过平板的几率。

16、 设有如图2-16所示的单位平板状“燃料栅元”。燃料厚度为2a。栅元厚度等于2b。假定热中子在慢化剂内已均匀分布源(源强为S)出现。在栅元边界上的中子流为零(即假定栅元之间没有中子的净转移),试求:(a)屏蔽因子Q,其定义为燃料表面上的中子通量密度与燃料内平均通量密度之比; (b)中子被燃料吸收的份额。

17、 设有两个相邻的扩散区A和B:介质A为源介质。介质B布包含中子源。B对A的反照率β定义为β=J出/J入。其中J入和J出分别是由A进入B和由B反射出来的中子流密度,试证明:

(a) 设B为无限厚平板介质时

(b) 设B为厚度等于a的平板层介质时

18、 如果在半径为R的球形介质中心有一中子源,球外为无限介质B所包围。试求介质中子通量密度的分布以及介质B的反照率。

19、 在一无限均匀非增值介质内,每秒每立方米均匀地产生S个中子,试求:

(a) 介质内的中子通量密度分布。

(b) 如果x=0处插入一片无限大的薄吸收片(厚度为t。宏观吸收截面为Σa1)。证明这时中子通量密度分布为:

[ 提示:用源条件 ]

20、 如图2-17所示,设有源强为S中子/米2。秒的无限源放置在无限平板介质内,源距两侧平板厚度分别为a和b,试求介质内的中子通量密度分布[提示:这是非对称问题,x=0处的边界条件应为:(a)中子通量密度连续; (b)

21、 在厚度为2a的无限平板介质内有一均匀体积源,源强为S中子/米3·秒,试证明其中子通量密度分布 为:

22、 设半径为R的均匀球体内。每秒每单位体积均匀产生S个中子。试求球体内的中子通量密度分布。

1、 证明:当中子被自由质子散射时,散射中子和反冲质子的实验室系速度之间的角度总是90度。

2、 设f(v->v')dv'表示L系中速度v的中子弹性散射后速度在v'附近dv'内的几率。假定在C系中散射是各向同性的,求f(v->v')的表达式,并求一次碰撞后的平均速度。

3、 氢和氧在1000电子伏到1电子伏能量范围内的散射截面近似为常数,分别为20靶和38靶。计算水的ξ以及在水中中子从1000电子伏慢化到1电子伏所需的平均碰撞次数。

4、 (a)证明:一个中子依靠弹性散射从初始能量E0慢化到能量E所需的平均时间t――叫做弹性散射的慢化时间,可表示为

(b)设ξΣs与中子速度无关,试分别计算在轻水中和石墨中裂变中子(取E0=2×106电子伏)慢化到1电子伏所需要的慢化时间。

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