核反应堆物理

核能是应对能源危机的方法之一,具有安全和清洁的特点。核能的利用有两条途径,其中裂变能已经在实际中广泛应用。核反应堆物理作为核能科学与工程专业的基础课,为大家介绍了反应堆内与中子相关的物理过程…

国家精品物理
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哈尔滨工程大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 13
  • 初级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

核反应堆物理基础是核能科学与工程专业的一门专业基础课。这门课程以本科生为对象,介绍了核工程中与反应堆物理相关的基本概念、反应堆临界和运行的基本原理、以及反应堆设计的基本理论和方法。

本门课程共分为10讲,内容包括:绪论;反应堆中核反应的分类与描述方法;中子的扩散与慢化;均匀反应堆的临界理论;反应堆中的反应性变化与反应性控制;反应堆动力学;中子输运理论;反应堆堆芯物理设计与燃料管理;反应堆物理启动。最后对整门课程进行了复习并针对一些具有代表性的习题进行了讲解。

本门课程特点在于着重阐述反应堆物理的基本概念和基本理论,力求避免繁杂的数学推导;注意结合工程实际,以培养学生的学习兴趣。

课程大纲

01
绪论
通过本章学习,大家将了解:⑴反应堆如何分类以及有哪些堆型;⑵反应堆在核能发电中的作用是什么⑶压水堆的结构及堆芯燃料的放置方式。
课时
1.1 反应堆分类与压水堆核电站工作原理
02
反应堆中的核反应
通过本章学习,大家将了解:⑴中子与原子核会发生哪些反应;⑵我们如何来定量描述这些核反应;⑶中子与原子核发生核反应的概率随中子能量是怎么变化的;⑷核能是怎么来的;⑸重核裂变后将释放什么;⑹每次裂变释放的能量有多大,以及它与反应堆的功率如何联系起来。
课时
2.1 中子核反应的分类
2.2 中子核反应截面与核反应率
2.3 截面随中子能量的变化规律
2.4 核裂变反应
03
中子的慢化与扩散
通过本章学习,大家将了解:⑴中子在反应堆中是如何循环产生与消耗的;⑵如何选择慢化剂;⑶反应堆内中子的能量是如何分布的;⑷反应堆内中子的寿命有多长;⑸中子在反应堆内是如何运动的——Fick定律与中子扩散方程;⑹描述中子在反应堆内扩散特征的三个物理量——扩散长度、慢化长度、徙动长度。
课时
3.1 链式裂变反应与反应堆临界
3.2 中子慢化与慢化能谱
3.3 中子扩散方程
04
均匀反应堆的临界理论
在本章的学习中,我们将:⑴通过平板裸堆、有限圆柱形均匀裸堆的中子扩散方程的求解,引出反应堆临界条件、以及反应堆临界时的通量分布;⑵通过有反射层平板反应堆的中子扩散方程的求解,总结出反射层对反应堆的影响;⑶初步分析核燃料与慢化剂非均匀布置带来的效应。
课时
4.1 均匀反应堆的临界理论
4.2 非均匀反应堆初步讨论
05
反应性的变化与控制
通过本章的学习,大家将了解:⑴反应堆温度变化将如何影响反应堆的运行;⑵裂变释放的毒物将如何影响反应堆的运行;⑶在反应堆运行过程中,核燃料将会如何消耗和转化;⑷实际中,我们是如何控制反应堆的运行的。
课时
5.1 反应堆的温度效应
5.2 中毒效应
5.3 燃耗
5.4 反应性控制
06
反应堆中子动力学
通过本章学习,大家将了解:⑴缓发中子在反应堆控制中起着什么样的作用;⑵在考虑了缓发中子后,反应堆的方程应当是什么样的;⑶最后我们将通过简化的点堆动力学方程简单分析在引入反应性时,反应堆内的中子数将如何变化。
课时
6.1 缓发中子的作用
6.2 点堆中子动力学方程
6.3 反应性阶跃变化时中子密度的响应
07
中子输运理论简介
通过本章学习,大家将了解:⑴如何推导严格描述中子运动的方程——中子输运方程;⑵在求解中子输运方程时,我们对于各个变量如何处理。
课时
7.1 中子输运方程及其边界条件
7.2 中子输运方程近似解法概述
08
反应堆堆芯物理设计与燃料管理
通过本章学习,大家将了解:⑴对于非均匀反应堆的两步法计算方法;⑵目前在核电厂的燃料管理中,堆芯燃料的布置方案。
课时
8.1 堆芯物理设计概述
8.2 堆芯物理设计计算方法
8.3 核电厂燃料管理
09
反应堆物理启动试验
通过本章学习,大家将了解:⑴在有外中子源存在时,反应堆物理启动的原理及步骤;⑵反应性测量有哪些方法。
课时
9.1 物理启动试验与首次临界
9.2 反应性测量
10
复习总结
在本章中,我们将对整门课程的内容进行梳理和总结。
课时
10.1 复习总结
10.2 经典题型分析

预备知识

学习本门课程,应当完成以下前续课程的学习:
⒈高等数学
⒉线性代数
⒊概率论与数理统计
⒋大学物理
⒌原子核物理基础

参考资料

【教学用书】
曹欣荣,赵强.核反应堆物理基础.原子能出版社,2011
【参考资料】
谢仲生,吴宏春.核反应堆物理分析.西安交通大学出版社,2004
Weston M.Stacey. Nuclear Reactor Physics. John Wiley & Sons, 2001
James J.Duderstadt, Louis J.Hamilton. Nuclear Reactor Analysis. JohnWiley & Sons, 1976

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