MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ SỞ VẬT LÍ HẠN NHÂN

Reactor Physics

Basics

Statics

Nuclear
Reactions

Transport
/ Diffusion
Equation

Fission/C
hain
Reaction
…

1-speed
diffusion/
Multigroup
Cell/Core
Calculation

Kinetics
Reactor
Kinetics
Depletion
FP
Poisoning

Dynamics
Feedback
Heat
Removal/T
hermal
Hydraulics
Accident
Analysis

Radiation
Protection
Radiation
Shielding
NPP/PWR
,BWR
…


Reactor Physics
Course for JTC

Basics

Neutron
Diffusion
and
Moderation

Nuclear
Reactor

Theory


Mô tô số kiến thức cơ sở
Điểm lại môôt số kiến thức về Vâôt Lý hạt Nhân
Sách tham khảo: Chương 3,4 “Introduction to
Nuclear Engineering”, của J. Lamarsh


Nôôi dung






Các tương tác của neutron
Tiết diêôn vi mô và tốc đôô phản ứng
Sự suy giảm dòng neutron
Phản ứng phân hạch dây chuyền
Các hệ thống nhà máy điện hạt
nhân


Các tương tác của neutron (1)
• Neutron trung hòa về điêôn chúng không bị ảnh hưởng
bởi các điêôn tử cũng như điêôn tích dương của hạt nhân.
Vì thế neutron có thể đi qua đám mây điêôn tử của
nguyên tử và tương tác trực tiếp với hạt nhân.

Neutron interactions
Phân loại tương tác của
neutron với vâôt chất (2)
Neutron interaction

Scattering

Elastic

Inelastic

(Đàn
hồi)

(Không
Đàn hồi)

Absorptio
n

Fission

Capture
(n, γ)

Neutron
Multipl
(n,2n)
(n,3n)…

(n,p)
(n, α)


Các tương tác của neutron (3)
Tán xạ đàn hồi

• Đôông năng được bảo toàn
X
X

• Neutron tới bị làm châôm bởi tán xạ đàn hồi.
Môôt phần đôông năng của chúng truyền cho hạt
nhân bia.


Các tương tác của neutron (4)
Giảm năng lượng trong các va chạm tán xạ đàn hồi –
Sự làm châ âm

• Tán xạ lên hạt nhân năông (235U)

• Tán xạ lên hạt nhân nhẹ (1H)

Giảm năng lượng
rất ít
Mất năng lượng
lớn: chất làm châôm
tốt

Các tương tác của neutron (5)
Trong nhiều trường hợp tính toán lò phản ứng, đăôc
biêôt là liên quan đến làm châôm neutron, sẽ rất tiêôn lợi
khi mô tả các va chạm neutron dưới dạng lethargy (u)
u = ln(EM/E),
Trong đó EM là năng lượng cao nhất của neutron trong
hêô.
Ở năng lượng cao lethargy của môôt neutron là
thấp; khi nó bị làm châôm và E giảm thì
lethargy của nó tăng.


Các tương tác của neutron (6)
Thay đổi lethargy trung bình trong môôt va chạm đàn
hồic lâôp với năng lượng neutron tới, kí hiêôu là ξ
đôô
(1 − A) 2  A + 1 
ξ = 1−
ln

2A
 A −1

Ngoại trừ khi A nhỏ ta có xấp xỉ sau
2
ξ≈
A + 23

∆u


Các tương tác neutron (7)
Tán xạ không đàn hồi

• Đôông năng không bảo toàn

• Neutron tới bị làm
châôm bởi tán xạ
không đàn hồi

X
X
Excited
nucleus


Các tương tác của neutron (8)
Bắt bức xạ

• Neutron tới bị hấp thụ (biến
mất) do hiêôn tượng bắt bức
xạ


Các tương tác của neutron (9)
Phân hạch

Các tương tác của neutron (10)
Ví dụ về môôt số phản ứng phân hạch

Phân bố các
mảnh phân
hạch


Các tương tác của neutron (11)
Các neutron phân hạch
Hầu hết các neutron sinh ra
trong phân hạch phát ra
ngay khi phân hạch gọi là
neutron tức thời (prompt
neutrons). Các neutron trê
(delayed neutrons) phát ra
tương đối dài sau sự kiêôn
phân hạch từ môôt số mảnh
vỡ phân hạch ( gọi là tiền tố
neutron trê - delayed neutron
precursors).


Các tương tác của neutron (12)
Các neutron trê


Các tương tác của neutron (13)
Năng lượng phóng thích từ phân hạch

Tiết diêôn vi mô và tốc đôô phản ứng (1)
Tốc đô â phản ứng
Xác suất của môôt dạng phản ứng nào đó


Tiết diêôn vi mô và tốc đôô phản ứng (2)
Mức đôô mà môôt neutron tương tác với các hạt nhân
được mô tả bởi tiết diê ân (cross sections). Giả sử có
môôt chùm các neutron đơn năng va chạm vào môôt
bia mỏng có đôô dày X và diêôn tích A. Nếu có n
neutrons trên mỗi cm3 và v là tốc đôô của neutron thì
cường đô â (intensity) của chùm là I = nv
Target

v


Tiết diêôn vi mô và tốc đôô phản ứng (3)
Để ý môôt hạt nhân riêng rẽ

Tiết diện vi
mô

Tổng các tiết diêôn vi mô riêng rẽ là tiết diê ân toàn
phần (total cross section). Trong trường hợp đơn
giản:
Trong trường hợp tổng quát

Tiết diện vi mô và tốc độ phản ứng (4)
Theo ý nghĩa xác suất ta có thể viết

Tiết diện vi mô do đó có thể được hiểu là xác
suất tương tác trên mỗi đơn vị thông lượng neutron
tới. Đơn vị: barns; 1barn = 10-24cm2


Tiết diện vi mô và tốc độ phản ứng (5)
Tiết diện vi mô phụ thuộc vào năng lượng neutron tới
,E là động năng của neutron

Tốc độ phản ứng trên mỗi hạt nhân

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào năng lượng (vận
vốc) của các neutron tới


Tiết diện vi mô và tốc độ phản ứng (6)

Tiết diện phân hạch và tiết diện bắt neutron của
235
U and 238U


Tiết diện vĩ mô và tốc độ phản ứng theo thể
tích (1)
Để ý một mảnh vật chất nhỏ đặt trên một chùm các
neutron đơn năng. Gọi F là mật độ va chạm (tốc độ
phản ứng trên đơn vị thể tích bia)

trong đó N là mật độ hạt nhân

với Σ = σ × N là tiết diện vĩ mô (Macroscopic Cross
Section (unit: cm-1), phụ thuộc vào năng lượng các
neutron tới


Tiết diện vĩ mô và tốc độ phản ứng theo thể
tích (2)
Để ý một hỗn hợp các nhân có mật độ Ni. Tốc độ phản
ứng trong đơn vị thể tích đối với mỗi hạt nhân loại i là:
Thay cường độ
bằng thông
lượng

Tốc độ phản ứng tổng (của các hạt nhân) trong đơn vị
thể tích là: