第一章 核反应堆的核物理基础（6学时） 1. 什么是核能？包括哪两种类型？核能的优点和缺点是什么？
核能：原子核结构发生变化时释放出的能量，主要包括裂变能和聚变能。
优点：1）污染小：2）需要燃料少；3）重量轻、体积小、不需要空气，装一炉料可运行很长时间。
缺点：1）次锕系核素具有几百万年的半衰期，且具有毒性，需要妥善保存；2）裂变产物带有强的放射性，但在300年之内可以衰变到和天然易裂变核素处于同一放射性水平上；3）需要考虑排除剩余发热。 2. 核反应堆的定义。核反应堆可按哪些进行分类，可划分为哪些类型？属于哪种类型的核反应堆？
核反应堆：一种能以可控方式产生自持链式裂变反应的装置。 核反应堆分类： 分类的着眼点 A．用途 名称和特征 A1 动力堆：发电，供热，作为推进动力 A2 生产堆：生产钚－239或氚 A3 研究试验堆 A4 特殊用途堆 3. 原子核基本性质。 核素：具有确定质子数Z和核子数A的原子核。 同位素：质子数Z相同而中子数N不同的核素。
同量素：质量数A相同，而质子数Z和中子数N各不相同的核素。 同中子数：只有中子数N相同的核素。
原子核能级：最低能量状态叫做基态，比基态高的能量状态称激发态。激发态是不稳定的，会自发跃迁到基态，并以放出射线的形式释放出多余的能量。 核力的基本特点： 1） 核力的短程性 2） 核力的饱和性 3） 核力与电荷无关 4. 原子核的衰变。包括：放射性同位素、核衰变、衰变常数、半衰期、平均寿命的定义；理解衰变常数的物理意义；核衰变的主要类型、反应式、衰变过程，穿透能力和电离能力。
放射性同位素：不稳定的同位素，会自发进行衰变，称为放射性同位素。 核衰变：有些元素的原子核是不稳定的，它能自发而有规律地改变其结构转变为另一种原子核，这种现象称为核衰变，也称放射性衰变。
衰变常数：它是单位时间内衰变几率的一种量度；物理意义是单位时间内的衰变几率，标志
着衰变的快慢。
半衰期：原子核衰变一半所需的平均时间。
平均寿命：任一时刻存在的所有核的预期寿命的平均值。衰变类型 细分 前后变化 射线性质
α β α β- β+ 电子俘获 Z减少2，A减少4 Z增加1，A不变 Z减少1，A不变 Z减少1，A不变 激发态向基态跃迁 电离本领强，穿透本领小 电离本领较弱，穿透本领较强 γ γ 电离本领几乎没有，穿透能力很强 5. 结合能与原子核的稳定性。包括：质量亏损、结合能和比结合能的定义；理解释放能量的两种途径。
质量亏损：核子（质子和中子）结合构成原子后总质量减少。 结合能：根据爱因斯坦质能公式
，原子核形成过程中，质量减少了，减少的质量
必然以能量的形式放了出来，这种能量称为结合能。
比结合能：由单个核子（质子和中子）结合成该原子核时平均到每个核子所释放的能量。 释放核能的两种途径：轻核聚变；重核裂变
原因：相对于中等核来说，轻核和重核的比结合能较小；从比结合能定义，通过把结合能比较小的核素变成结合能比较大的中等核，就能放出一些能量，这正是目前通过重核裂变成中等核或轻核聚变成中等核等方式来利用原子核能的思路。 6. 中子与核发生相互作用。包括：理解特性；理解相互作用过程；熟悉作用最终结果；熟悉核反应式表达形式；熟悉主要反应类型。
遵循的原则：核子数守恒，电荷数守恒，动量守恒，能量守恒（动能和质量能） 中子的特性：不带电荷，与原子核相互作用不存在库伦垒力，可与核直接作用 中子与核发生相互作用过程：势散射、直接相互作用、复合核的形成
中子与核相互作用最终结果分两大类：散射：弹性散射和非弹性散射；吸收：包括（n，f）；（n，γ）；（n，α）；（n，p）等 核反应式表达形式：
主要反应类型：
弹性散射：靶核内能不变即基态，经典力学适用（动量和动能都守恒），热中子反应堆内起主要作用，（n，n）
非弹性散射：靶核内能发生变化（动量守恒，动能不守恒），处在激发态上，并返回基态，放出射线，阈能特点，（n，n’） 辐射俘获（包括共振吸收）：复合核退激过程
238U＋n→239U→→239Pu；232Th ＋n → 233Th →→233U； （n，γ）
放出带电粒子的反应： 10B ＋n →7Li＋4He；16O ＋n →16N+1H； （n，α），（n，p）
放出n个中子的反应：（n，2n）， （n，3n） 裂变反应：
235U+n→236U*→A1X+A2X+vn；（n，f） 7. 核截面和核反应率。包括：微观截面、宏观截面、平均自由程、核反应率和中子通量密度的定义并理解；掌握核反应截面随中子能量的变化规律。
微观截面：σ，表示平均一个入射中子与一个靶核发生相互作用的几率大小的一种
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度量。单位通常为barn（靶），10m。
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宏观截面：；即核密度与该核的微观截面的乘积。单位m。习惯用cm。
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物理意义1：表征一个中子与单位体积内（1m）内的原子核发生核反应的平均几率大小的一种度量。
物理意义2：一个中子穿行单位距离与核发生反应的几率大小的一种度量。
平均自由程：我们把宏观截面的倒数定义为平均自由程，记为λ。
物理意义：平均自由程表示的是中子在介质中运动时，平均要走多长路程才与介质的原子核发生一次相互作用。
截面随中子能量的变化规律： 1） 低能区（E<1eV），吸收截面随中子能量减小而增大，大致与中子的速度成反比，亦称吸收截面的1/v区。 2） 中能区（1eV
核反应率：单位时间内在单位体积内发生核反应的次数。
其中，中子通量密度φ：单位体积中（1m3）所有中子在单位时间（1s）内飞行的总路程。
8. 核反应的共振现象。包括：共振类型、特点和共振峰的典型参数；多普勒效应的定义；共振的性质；
共振类型：俘获共振、散射共振、裂变共振
特点：重核在低能区和中能区就存在；前段可分辨，后段逐渐难分辨 共振峰的典型参数：共振能，峰值截面和能级宽度
多普勒效应：因靶核的热运动，本来具有单一能量的中子，从它与核的相互作用看，与靶核的相对能量有一个范围展开，使共振峰展开而共振峰的峰值下降，称为多普勒效应。 共振的性质：
靶核的温度上升，①共振峰进一步加宽和②降低峰值，称为多普勒展宽。 ③积分值不变，即不随温度T变化而变化。
9. 核裂变反应。包括：理解易裂变核和可裂变核；理解裂变截面（微观截面和宏观截面）与哪些因素有关。微观裂变截面与哪些因素有关？掌握核反应堆内的主要放射性来源、瞬发中子和缓发中子、有效裂变中子数，裂变中子的能量分布规律及平均能量，裂变能量种类及可回收情况，反应堆功率和核裂变反应率的关系，停堆后的衰变热规律等。 易裂变核：吸收动能为零的中子后就可以裂变的核。如
。
可裂变核：入射中子必须具有一定动能才能使之裂变的核，如。
宏观截面大小影响因素：入射中子能量，靶核类别，靶核温度，靶核密度。 微观截面大小影响因素：入射中子能量，靶核类别，靶核温度。 堆内的主要放射性来源：裂变产物的放射性衰变。 瞬发中子和缓发中子：
有效裂变中子数：表征燃料核每吸收一个中子后平均放出的中子数，称为有效裂变中子数，用η 表示。
裂变中子的能量分布规律： 瞬发裂变谱：
瞬发中子的平均能量约为2MeV 裂变能量种类及可回收情况：
反应堆功率和核裂变反应率的关系: 反应堆热功率：
＝R
V。