МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт
А. А. Баранник
Лекции по курсу «Теория переноса нейтронов»
Рекомендовано УМО «Ядерные физика итехнологии» в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва 2012
УДК 539.125 5 (075.8) ББК 22.3:31.4 Б24
Баранник А.А. Лекции по курсу «Теория переноса нейтронов»:
Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2012. – 164 с.
Пособие составлено на основе материала лекций по курсу «Теория переноса нейтронов», читаемых автором в ВИТИ НИЯУ МИФИ.
Пособие предназначено для студентов направлений 140400 «Техническая физика» и 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика», специальностей 140404.65 «Атомные электрические станции и установки» и 141403.65 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг».
Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.
Рецензенты: Э.Ф. Крючков, канд. техн. наук, доц., И.А. Якубенко, канд. техн. наук, доц.
ISBN 978-5-7262-1726-0 © Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2012
Редактор Е.Н. Кочубей
Подписано в печать 15.11.2012. Формат 60х84 1/16.
Уч.-изд. л. 10,25. Печ. л. 10,25. Тираж 80 экз.
Изд. № 49/1. Заказ № 62.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское ш., 31.
ООО «Полиграфический комплекс «Курчатовский». 144000, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, д. 42.
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ .............................................................................................. |
5 |
1. ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ................................................................. |
6 |
1.1. Атом. Ядро. Понятие «элемент», «нуклид». Свойства |
|
ядерных сил. Общая классификация элементарных частиц ........... |
6 |
1.2. Дефект массы и энергия связи. Зависимость удельной |
|
энергии связи от массового числа ................................................... |
11 |
1.3. Модели ядра. Эффект парности. Энергетический спектр |
|
ядер. Изомеры .................................................................................. |
12 |
1.4. Радиоактивность и ее виды. Закон радиоактивного распада. |
|
Альфа-, бета- и гамма-распад и их особенности. Эффект |
|
Мёссбауэра ........................................................................................ |
16 |
1.5. Воздействие ионизирующего излучения на организм. |
|
Дозы излучения ................................................................................. |
23 |
2. ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР И НЕЙТРОННОЕ ПОЛЕ |
|
В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ ............................................................................ |
29 |
2.1. Ядерные реакции. Виды нейтронных реакций .............................. |
29 |
2.2. Цепная реакция деления и ядерные реакторы ............................... |
38 |
2.3. Характеристики нейтронного поля. Макроскопическое |
|
сечение и его обратная величина .................................................... |
47 |
3. ДИФФУЗИЯ НЕЙТРОНОВ ...................................................................... |
53 |
3.1. Диффузия и диффузионное приближение. Вычисление |
|
одностороннего тока нейтронов. Закон Фика для нейтронов. |
|
Уравнение диффузии ........................................................................ |
53 |
3.2. Граничные и прочие условия для нахождения решения |
|
уравнения диффузии для элементарных геометрий ...................... |
61 |
3.3. Характерные задачи стационарной теории диффузии |
|
моноэнергетических нейтронов ...................................................... |
70 |
3.4. Интегральное уравнение для потока моноэнергетических |
|
нейтронов .......................................................................................... |
75 |
3.5. Влияние отражателя ......................................................................... |
77 |
3.6. Одногрупповое (односкоростное) диффузионное приближение . 80 |
|
3.7. Температура нейтронного газа ........................................................ |
85 |
4. ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ ................................................................. |
93 |
4.1. Упругое рассеяние (замедление) нейтронов на ядрах среды ....... |
93 |
4.2. Распределение рассеянного нейтрона в пределах ступеньки |
|
замедления. Среднелогарифмическая потеря энергии при одном |
|
столкновении. Летаргия .................................................................. |
101 |
4.3. Уравнение замедления нейтронов в бесконечной среде ............. |
109 |
3
4.4. Энергетическое распределение замедляющихся нейтронов |
|
в бесконечной гомогенной непоглощающей среде ..................... |
112 |
4.5. Энергетическое распределение замедляющихся нейтронов |
|
в бесконечной гомогенной поглощающей среде ......................... |
114 |
4.6. Эффективный резонансный интеграл поглощений |
|
и резонансный интеграл поглощений ........................................... |
122 |
5. ТЕОРИЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ |
|
В ДИФФУЗИОННО-ВОЗРАСТНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ......................... |
126 |
5.1. Уравнение замедления в диффузионном приближении |
|
и диффузионно-возрастном приближении ................................... |
126 |
5.2. Возраст нейтронов. Уравнение возраста, граничные и прочие |
|
условия для нахождения решения уравнения возраста ............... |
129 |
6. НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЯДЕРНЫХ |
|
РЕАКТОРОВ ................................................................................................ |
139 |
6.1. Нейтронный цикл в ядерном реакторе ......................................... |
139 |
6.2. Нейтронно-физические основы теории критических |
|
размеров голых реакторов ............................................................. |
144 |
6.3. Решение уравнения Ферми. Условия критичности ..................... |
153 |
6.4. Многогрупповое приближение ..................................................... |
160 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ |
|
ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................................. |
164 |
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс «Теория переноса нейтронов» служит теоретической основой для изучения целого ряда специальных дисциплин, таких как «Физика ядерных реакторов», «Кинетика ядерных реакторов», «Ядерные энергетические реакторы» и других, элементы курса могут также использоваться при дипломном проектировании. Пособие написано на основе материала лекций, читаемых автором в ВИТИ НИЯУ МИФИ.
Особое внимание в пособии уделено изложению на доступном уровне традиционно сложных для усвоения понятий, идей и теорий, которые затем широко используются в других специальных дисциплинах.
Пособие может быть использовано студентами всех форм обучения для самостоятельного изучения курса и преподавателем для организации самостоятельной работы студентов под его контролем. Кроме того, пособие должно помочь студенту и в тех случаях, когда он что-то не успел записать на лекции, какие-то лекции были пропущены, в чем-то трудно разобраться по другой литературе. Именно для этого приводятся подробные математические выводы, которые в литературе и в ходе лекций, как правило, опускаются.
Автор признателен главному специалисту РоАЭС, канд.физ.-мат. наук Юрию Павловичу Кормушкину за большую помощь при работе над рукописью, консультации, полезные критические замечания.
5