核电和物理学

20世纪三四十年代,原子物理学家们发现中子轰击铀原子核的裂变现象并首次实现可控裂变链式反应,把世界带进了原子能时代.半个世纪以来核电已达到全世界电力的16%.目前99%以上都是热中子反应堆核电站.在大规模发展核电的情况下,比如说百GWe,必须加快快中子增殖反应堆的发展和推广,方无核燃料匮乏之虞.     

我国快堆技术发展和核能可持续应用

一、前言
快中子堆(简称快堆)是主要以平均中子能量0.08～0.1MeV 的快中子引起裂变链式反应的反应堆。快中子堆的主要特点是,在堆运行时,新产生的易裂变核燃料,如钚,能多于消耗掉的易裂变核燃料钚或235U,即增殖比大于1,易裂变核燃料得到增殖,因此又称为快中子增殖反应堆。运行中真正消耗的是天然铀中不易裂变,且丰度占99.2%以上的238U。快堆的乏燃料(即运行后出堆的燃料)经后处理,所得钚返回堆内再烧,多余的钚则用于装载新的快堆。如此封闭并无限次循环则对铀资源的利用率可从单单发展压水堆的1%左右提高到60%～70%。     

热中子反应堆与核电

一、 前言
1939 年德国科学家哈恩发现了重核的自发裂变,从此开始了原子能时代的新纪元。这个发现证实了核裂变伴随着大量能量释放的预言,此后又发现每个原子核裂变会放出几个中子。使得自持链式反应成为可能。如²³⁵U 吸收一个中子后,铀核的激发能增高而变得极不稳定,很快裂变成几个碎片,以碎片动能的方式放出能量。核裂变除放出碎片外,还放出2～3 个中子,例如²³⁵U 平均放出2.43 个中子,²³⁹Pu 平均放出2.92 个中子。如果这些中子中至少有一个中子去轰击铀核或钚核,就实现了所谓的自持链式反应。     

以锕系元素为燃料的先进型次临界增殖反应堆研究

以锕系元素为燃料的次临界增殖反应堆，在Ｄ－Ｔ聚变中子源驱动下，可以更有效地利用有限的铀资源；反应堆ｄｅｆｆ〈１，且功率密度较低，有较好的安全性，反应堆对Ｄ－Ｔ中子源要求低。５０ＭＷｔ￣１００ＭＷｔ的聚变功率即可满足１ＧＷｅ反应堆要求，包层可生产足够的氚供堆芯降聚使用，此外每年还可以增殖１０００ｋｇ左右可裂变元素供裂变堆使用，支持同等功率３￣４个裂变堆，反应堆每年燃料３￣４个裂变堆产生的锕系元素。     

四位诺贝尔物理奖获得者相继去世

 1995年物理学界有四颗明星相继陨落。他们是1951年诺贝尔物理奖获得者瓦尔顿(E.T.S.Walton)、1970年诺贝尔物理奖获得者阿尔文(Hannes Alfven)、1983年诺贝尔物理奖获得者钱德拉塞卡尔(S.Chandrasekhar)和福勒(William A.Fowler)。     

核能和物理学

本文分别讨论了实现裂变和聚变核能的利用与物理学各学科（核物理、中子物理、等离子体物理、磁流体力学、材料物理、热物理、剂量防护、堆物理）研究工作的相互促进关系。     

CFBR-Ⅱ快中子脉冲堆及其应用

本文简介ＣＦＢＲ－Ⅱ堆的结构、主要性能指标及应用前景和相应的配套设施． The main specifications, structure and applications of CFBR-Ⅱ are simply introduced in this paper. The reactor s installations and fscilities are also mentioned.     

减速剂与受控链式反应

 重核的裂变开辟了丰富的核能资源。然而裂变却泾渭分明地表现为过程与效果截然迥异的两种方式,且唯有受控裂变以链式反应的方式进行,核能才得以用于生产和科研而造福人类。为此目的,“减速剂”发挥着必不可缺的关键性作用。那么,在这一过程中减速剂到底是如何发挥其作用,而人们又是根据什么原则来选用它的呢? 一、减速剂的作用原理与机制 核弹以极纯的U-235为核燃料,达到“临界体积”（58厘米³,1.083千克）的铀块是借助于俘获宇宙线中源自恒星热核聚变的（或铀块中自发裂变产生的）中子的“点火”而触发快速链式反应的。但反应堆不能使用纯U-235,因其临界体积太小,裂变不能控制,故只能使用天然铀或浓缩铀（分别含0.715％和5％以上的U-235）,以使临界体积极大地增大,才能达到施加控制、实现核能的缓慢释放的目的。     

248 Cm和252Cf自发裂变瞬发中子谱测量

在飞行时间方法测量 2 0 0keV— 1 2MeV能区内2 48Cm和2 5 2 Cf自发裂变瞬发中子谱 ,以国际原子能机构推荐的2 5 2 Cf自发裂变瞬发中子谱为标准 ,可以免去探测器效率刻度的问题并消除系统误差 ,提高测量精度 .实验用一个微型电离室作为裂变碎片探测器 ,两个芪晶体中子探测器测量中子及一套基于微机的距离分别为 3 2 ,50和 1 0 0cm ,经过对数据的处理和分析给出了 2 0 0keV— 1 2MeV的中子能区内的实验数据 .用Maxwell分布对实验数据进行拟合 ,得到的核温度为 (1 4 0 1± 0 0 0 6)MeV .     

300＃堆在线产氚回路及其应用

本文介绍了３００~＃堆在线产氚回路的组成及其主要指标、回路运行和释氚实验概况,阐明了在线产氚回路在聚变裂变混合堆包层产氚研究中的应用和前景． An in-pile tritium production apparatus in SPRR-300 and its main charactersare introduced. The operation of the apparatus and the tritium release experiments arebriefly described. The utilization of the apparatus in tritium production study of fusionfission hybrid reactor blanket and its future are reviewed.     

核能与聚变裂变混合能源堆

未来20年将是核能发展的一个关键时期.2035年左右,快堆有望投入商用;磁约束聚变、激光聚变、 Z箍缩聚变也都有演示堆计划.聚变演示堆存在纯聚变与聚变裂变混合能源堆两种可能,而后者可降低聚变功率,缓解高能中子对材料的辐照损伤.另外,氘氚聚变供能时间有限.文章介绍了混合能源堆的概念.能源堆可充分利用铀资源,且后处理不涉及铀钚分离,有很好的防扩散性能.裂变堆、聚变堆、能源堆共同发展,可望使核能在不太长的时间内获得大规模应用,并可为人类提供千年以上的能源供应.     

天体环境下快中子俘获过程相关的核物理*

在人类历史上,曾经吸引无数哲学家、天文学家思考的一个问题是“我们从哪里来”。现代的科学研究揭示了一个答案：恒星。恒星产生了构成生命的主要元素,如碳、氧、氮、硫等,但是比铁更重的元素,如金、铂、铀等,却无法在恒星内部产生。由于原子核物理实验与天文观测技术的限制,这些重元素的起源仍有许多不确定性。文章主要探讨重元素起源的一个重要合成机制——快中子俘获过程,以及相关的原子核物理观测量,如原子核质量、半衰期、中子俘获截面和裂变等,并回顾最新的实验和理论进展。     

天体环境下快中子俘获过程相关的核物理

在人类历史上,曾经吸引无数哲学家、天文学家思考的一个问题是“我们从哪里来”。现代的科学研究揭示了一个答案：恒星。恒星产生了构成生命的主要元素,如碳、氧、氮、硫等,但是比铁更重的元素,如金、铂、铀等,却无法在恒星内部产生。由于原子核物理实验与天文观测技术的限制,这些重元素的起源仍有许多不确定性。文章主要探讨重元素起源的一个重要合成机制——快中子俘获过程,以及相关的原子核物理观测量,如原子核质量、半衰期、中子俘获截面和裂变等,并回顾最新的实验和理论进展。     

分子动力学模拟压水反应堆中联氨对水的影响

本文采用分子动力学方法模拟在常温常压下(1 atm,298 K)和在压水堆环境下(155 atm,626 K),水分子数为256,联氨(N₂H₄)分子数为0,25,50,75等不同数目时,水和联氨粒子系统的动力性质和微观结构.同时探讨了联氨分子的引入对水中溶解氧的影响.从模拟结果可知,在常温常压下,当联氨的分子数为0,25,50,75时,粒子系统的均方位移会随联氨分子数的增加而增加;联氨分子数为0与为25,50,75比较时会少一个数量级;压水堆环境下,联氨分子数 关键词： 分子动力学 压水堆 联氨     

脉冲堆有限裂变链长的数学期望值分析(英文)

讨论了在一个增殖系统引发一个持续裂变链所需要的平均中子数。在点堆模型基础上, 考虑了在 t0 时刻系统引入一个源中子, 在 t 时刻产生 n 个中子的概率(n, t0, t), 推导了概率生成函数 G(z; t0, t)所满足的偏微分方程, 并得到了近似解。用近似解计算了Godiva II脉冲堆的有限裂变链长数学期望值, 有限裂变链期望值反比于脉冲堆的反应性。     

激光核物理

在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇文章中,作者回顾了这一领域的研究进展,并对在不远的未来激光产生电子、质子、中子、X射线和正电子发展的潜力进行了一些讨论.     

关于压水堆产武器级钚的模拟计算

防止核扩散是国际社会共同努力的目标,其中武器级核材料的防扩散是重中之重.钚是反应堆的副产品,如果不计较经济效益,利用铀为核燃料的反应堆都可以生产武器级钚.本文基于日本Takahama-3压水堆建立了五个模型,并进行中子和燃耗计算,得到两种燃料棒产武器级钚的条件、燃料棒轴向的燃耗分布、组件内燃料棒燃耗的变化区间和全堆芯燃料棒径向燃耗分布.基于上述模型和计算数据给出压水堆堆芯内含有武器级钚的准确位置和UO_2燃料棒中武器级钚的产量.这种低燃耗的乏燃料给国际核不扩散带来了巨大风险,国际社会应该加强对此类乏燃料的监管.     

Development and comparison of spectral methods for passive acoustic anomaly detection in nuclear power plants

We have developed spectral signal processing methods for passive acoustic anomaly detection in nuclear power plants. Furthermore, we compared the developed and existing methods by applying them to stationary sounds recorded in a controlled environment. Our new methods show significant improvement, in particular concerning robustness against false alarms. The results also demonstrate that clear detection of a given sound at a given signal-to-noise ratio is highly dependent on the distribution of characteristic frequency content in the spectrum in relation to the background noise and the spectral uncertainty. Since the frequency monitoring principle used here is quite rigid, we stress the need for research on more flexible methods, also taking into account differences between experiments and real reactor systems.     

分子动力学模拟压水反应堆中氢气对水的影响

通过分子动力学方法模拟了在常温常压下(1 atm, 298 K)和在压水堆环境下(155 atm, 626 K), 水分子数为256, 氢分子数为0, 25, 50, 75和100等不同数目时, 粒子系统的动力学性质和微观结构, 分析了不同氢气对水中溶解氧的影响. 从模拟结果可知, 在常温常压和压水堆环境下, 当氢粒子数分别为0, 25, 50, 75和100时, 粒子系统的均方位移会随氢分子数增加而增加, 并且常温常压下的增长幅度远小于压水堆环境下的增长幅度, 如压水堆环境下氢分子数为75时系统的均方位移约是常温常压下氢分子数为75时系统的均方位移的6.02倍, 比压水堆环境下氢分子数0时系统的均方位移增加了131.88%. 此外, 粒子系统的微观结构, 从径向分布函数看, 在常温常压下随着氢分子数目的增加而小幅度增加, 这与常温常压下因氢气溶解在水中增大了氧离子周围的粒子密度相符合. 而在压水堆环境下, 氢分子数为75, 50, 25与为0时的水比较, 其径向分布均不会有太大的变化, 而分子数为100时会出现明显增加, 与为0时的水比较其径向分布增加了22.00%. 模拟结果表明, 往压水堆中的水加入氢气能明显地抑制水中的溶解氧.