舰船核反应堆运行物理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈玉清，蔡琦 著

图书标签:

• 核反应堆
• 舰船动力
• 核物理
• 流体力学
• 传热学
• 反应堆安全
• 放射性
• 堆芯设计
• 船舶工程
• 能源工程

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118103892

版次：1

商品编码：12116508

包装：平装

丛书名： 军队“2110工程”三期建设教材

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：194

字数：302000

正文语种：中文

内容简介

　　《舰船核反应堆运行物理》主要介绍核动力舰船的发展概况、核动力装置的基本组成及工作原理：原子核物理的基本知识、堆芯内核反应的类型及特点、裂变能的来源及释放能量特点：中子在堆芯内从产生到消失过程的能量变化规律和空间移动规律；反应堆达到临界的基本条件，即堆芯几何特性和材料特性的匹配关系，临界时堆芯热源的分布特征；核反应堆功率运行期间，堆芯特性参数变化对反应堆临界特性的影响，船用反应堆常用的反应性控制方法及特点；反应堆偏离临界时，描述堆芯功率变化的动力学方程及求解方法，堆芯功率随时间的变化规律；反应堆物理试验所开展的试验项目、试验方法及安全注意事项等。
　　《舰船核反应堆运行物理》主要针对舰船核动力堆的结构组成特点，阐述堆芯内中子与物质的相互作用的基本规律、核能稳定释放的基本条件，并特别强调舰船核反应堆运行过程中的物理现象、运行控制方法，是核动力运行人员、维修保障人员、安全管理人员掌握舰船核反应堆物理特性的重要参考书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 核动力潜艇的崛起
1．2 核动力水面舰艇的发展
1．3 舰船核动力装置的基本组成
1．4 压水堆的基本结构
1．5 核反应堆运行物理的主要研究内容

第2章 原子核物理基础
2．1 原子核的基本性质
2．1．1 原子核的组成
2．1．2 原子核的质量
2．1．3 核的大小与液滴模型
2．1．4 核密度及其计算
2．2 原子核的结合能与比结合能
2．2．1 质量亏损与结合能
2．2．2 比结合能
2．2．3 裂变能和聚变能
2．3 核衰变与核反应
2．3．1 放射性衰变
2．3．2 核衰变的基本规律
2．3．3 核反应及其遵循的守恒定律
2．3．4 反应能和闽能
2．3．5 核反应的机制
2．4 中子核反应
2．4．1 产生中子的核反应
2．4．2 中子引起的核反应
2．5 核反应截面与核反应率
2．5．1 中子密度与中子束强度
2．5．2 微观截面
2．5．3 宏观截面
2．5．4 平均自由程
2．5．5 核反应率
2．5．6 中子通量密度
2．5．7 截面随中子能量的变化
2．5．8 共振吸收和多谱勒效应
2．5．9 平均截面
2．6 核裂变反应
2．6．1 核裂变机理及裂变材料
2．6．2 裂变产物与裂变中子
2．6．3 裂变能量与反应堆功率
2．6．4 核反应堆的剩余释热
习题

第3章 中子的慢化与扩散
3．1 链式裂变反应与反应堆临界
3．1．1 实现自持链式反应的条件
3．1．2 压水堆内的中子循环过程
3．2 中子慢化与慢化能谱
3．2．1 中子慢化机理
3．2．2 中子的弹性散射过程
3．2．3 慢化剂的性质
3．2．4 慢化时间与中子年龄
3．2．5 反应堆能谱
3．3 单群中子的扩散
3．3．1 斐克扩散定律
3．3．2 连续性方程
3．3．3 扩散方程
3．3．4 稳态扩散问题的解
3．3．5 扩散长度与徙动长度
3．3．6 扩散时间与中子寿命
习题

第4章 均匀反应堆的临界理论
4．1 均匀裸堆的单群扩散理论
4．1．1 均匀平板裸堆单群扩散方程的解
4．1．2 均匀裸堆的单群临界方程
4．1．3 圆柱形均匀裸堆临界方程的解
4．1．4 临界方程的应用
4．2 有反射层反应堆的单群扩散理论
4．2．1 有反射层平板堆的单群临界方程
4．2．2 反射层节省
4．2．3 反射层对中子通量密度分布的影响
……
第5章 核反应堆内反应性的变化
第6章 反应性控制
第7章 核反应堆中子动力学
第8章 舰船核反应堆核设计
第9章 核反应堆物理试验
附录
参考文献

前言/序言

　　热中子反应堆是以可控的方式利用中子诱发铀核裂变释放核能的装置，核反应堆物理作为研究反应堆内中子产生、运动、消失过程的一门学科，是研究核能开发应用的基础，相关课程也是核工程专业的基础必修课程。
　　本书共分9章，第1章主要介绍核动力舰船的发展概况、核动力装置的基本组成及原理；第2章主要介绍原子核物理的基本知识、堆芯内核反应的类型及特点、裂变能的来源及释放能量特点；第3章介绍中子在堆芯内从产生到消失过程的能量变化规律和空间移动规律；第4章主要介绍反应堆达到临界的基本条件，即堆芯几何特性和材料特性的匹配关系、临界时堆芯热源的分布特征；第5、6章主要介绍核反应堆功率运行期间，堆芯特性参数变化对反应堆临界特性的影响、船用反应堆常用的反应性控制方法及特点：第7章主要介绍反应堆偏离临界时，描述堆芯功率变化的动力学方程及求解方法，以及堆芯功率随时间的变化规律；第8章主要介绍舰船核反应堆核设计的基本原则、内容及分析方法：第9章主要介绍反应堆物理试验所开展的试验项目、试验方法及安全注意事项。
　　本书由陈玉清统稿，第1~3章由蔡琦编写，第4～9章主要由陈玉清编写。全书由于雷教授审校，此外赵新文、郝建立、王晓龙对本书也提出了许多有益的意见，在此对他们表示衷心的感谢。
　　由于水平有限，经验不足，书中难免存在缺点和错误，恳切地希望读者指正。

《星际舰船的动力心脏：核反应堆的奥秘与实践》 一、 穿越星辰大海的引擎：为何舰船需要核动力？ 自人类文明步入工业时代，对能源的需求便如烈火烹油，日益增长。从蒸汽机到内燃机，再到燃气轮机，每一次动力技术的革新都极大地拓展了人类活动的边界。然而，当我们将目光投向浩瀚的宇宙，或是深邃的海洋，传统的能源方式便显得捉襟见肘。有限的续航能力、巨大的燃料储备需求、以及对环境的潜在影响，都成为制约远洋巨轮、战略潜艇，乃至未来星际飞船发展的瓶颈。 核能，作为一种能量密度极高的能源形式，为解决这些挑战提供了革命性的可能。一个弹丸大小的核燃料，其释放的能量足以驱动一艘万吨巨轮数年，甚至为一艘星际飞船提供源源不断的动力，使其能够轻松穿越数光年的距离。核动力舰船的出现，标志着人类海洋及太空探索能力的一次飞跃，赋予了它们前所未有的续航能力、战略灵活性和能源自主性。 二、 核反应堆的物理基石：链式反应与裂变能量 舰船核动力最核心的组成部分，便是核反应堆。其运行的物理原理，建立在对原子核结构的深刻理解之上。我们所熟知的铀-235、钚-239等重原子核，在被一个自由中子轰击时，会发生裂变，分裂成两个较轻的原子核，同时释放出巨大的能量，并伴随产生数个新的自由中子。 这个过程，如果能够得到有效控制，便能引发所谓的“链式反应”。新产生的中子继续轰击其他可裂变的原子核，如此循环往复，能量便以惊人的速度持续释放。而控制链式反应的关键，在于精确管理中子的数量。过多的中子会导致反应失控，产生灾难性的后果；过少的中子则会使反应熄灭。 链式反应的实现，需要满足一系列条件： 裂变材料： 必须含有足够浓度的可裂变同位素，如浓缩铀。 慢化剂： 裂变产生的中子速度太快，难以有效引发新的裂变，因此需要通过慢化剂（如水、重水、石墨）将其速度降低，使其成为“热中子”。 中子反射层： 包围反应堆堆芯，将逃逸的中子反射回堆芯，提高中子利用率。 控制棒： 由能够吸收中子的材料（如镉、硼）制成，通过插入或拔出反应堆堆芯，来吸收多余的中子，从而控制链式反应的速率。 能量的释放，主要体现在裂变产物具有动能，以及中子、伽马射线的能量。这些能量被热能的形式传递出去，用于驱动蒸汽轮机，进而产生机械动力。 三、 舰船核反应堆的分类与演进：从早期探索到现代设计 早期的核反应堆设计，往往以陆地研究型反应堆为基础，体积庞大，结构复杂。然而，舰船空间有限，对安全性、紧凑性、以及可靠性有着更为严苛的要求。因此，专门为舰船设计的核反应堆应运而生，并不断发展演进。 目前，舰船核反应堆主要可以根据其慢化剂和冷却剂的类型进行分类： 压水堆（PWR）： 这是目前应用最广泛的舰船核反应堆类型。它使用普通水作为慢化剂和冷却剂。水的加压可以提高其沸点，使其在高温下保持液态，从而有效地将堆芯产生的热量带走。压水堆的优点是技术成熟，安全性高，但其燃料元件的功率密度相对较低。 沸水堆（BWR）： 沸水堆也使用普通水作为慢化剂和冷却剂，但它允许冷却剂在堆芯内沸腾，直接产生蒸汽驱动涡轮机。这种设计简化了蒸汽发生器的环节，但其结构相对压水堆而言，安全性略有下降，且容易产生放射性蒸汽。 重水堆（CANDU）： 重水堆使用重水（氘的水）作为慢化剂和冷却剂。重水对中子的吸收率低，因此可以使用天然铀作为燃料，无需浓缩。这降低了核燃料的成本，但也使得重水堆的结构更加庞大。 快中子堆（FBR）： 快中子堆不使用慢化剂，而是利用高速中子引发裂变。其主要优势在于能够“增殖”核燃料，即在裂变过程中产生比消耗更多的可裂变材料，理论上能够极大延长核燃料的利用时间，并能处理核废料。但快中子堆的技术难度和安全挑战也更为严峻。 除了上述主流类型，还有一些特殊的舰船核反应堆设计，例如石墨慢化水冷堆，以及为深空探测器设计的放射性同位素温差发电机（RTG），尽管RTG并非典型的核裂变反应堆，但其利用核衰变产生的热能发电的原理，也为舰船动力提供了另一种思路。 四、 反应堆的核心组件：堆芯、控制系统与安全屏障 无论采用何种类型，舰船核反应堆都包含几个至关重要的核心组件： 堆芯： 这是反应堆的“心脏”，由燃料元件、慢化剂、冷却剂等组成。燃料元件通常是陶瓷状的二氧化铀，封装在锆合金管中。堆芯的设计直接影响着反应堆的功率输出、效率和安全性。 控制系统： 如前所述，控制棒是控制链式反应速率的关键。此外，反应堆还有一套复杂的监测和控制系统，能够实时测量中子通量、温度、压力等参数，并根据需要自动调整控制棒的位置，确保反应堆安全稳定运行。 冷却剂循环系统： 负责将堆芯产生的热量导出，并传递给驱动动力的设备。这包括主循环泵、蒸汽发生器（在压水堆中）、以及与蒸汽轮机连接的二次循环系统。 安全壳与屏蔽层： 核反应堆的运行会产生高强度的放射性，为了保护船员和环境，反应堆被多层厚重的防护材料所包裹，包括钢壳、混凝土屏蔽层，以及在必要时激活的惰性气体循环系统，以防止放射性物质的泄漏。 五、 运行与维护：保障舰船动力的生命线 舰船核反应堆的运行并非一劳永逸，它需要精密的计划、严格的操作规程以及专业的维护团队。 燃料管理： 核燃料并非可以无限使用，当其裂变效率下降或产生过多的裂变产物影响反应时，就需要更换。燃料的更换是一个复杂且高度受控的过程，需要专业的技术和设备。 定期检查与维护： 反应堆的各个部件都需要进行定期的检查和维护，包括泵、阀门、管道、仪表等。即使是微小的磨损或腐蚀，也可能对反应堆的安全运行构成潜在威胁。 人员培训： 运行和维护核反应堆的船员必须经过极其严格的培训，掌握核物理、反应堆工程、应急响应等一系列专业知识和技能。他们需要对放射性安全有着深刻的理解，并严格遵守操作规程。 核废料处理： 废旧的核燃料以及反应堆运行过程中产生的其他放射性废料，需要进行妥善的储存和处理，以防止对环境造成污染。这是一个长期而艰巨的挑战，需要国际合作和持续的技术研发。 六、 未来展望：更清洁、更高效的核动力时代 随着科技的不断进步，未来的舰船核动力将朝着更清洁、更高效、更安全的方向发展。 第四代反应堆技术： 如熔盐堆（MSR）、钍基反应堆等，有望实现更高的热效率，降低核废料的产生量，甚至能够“燃烧”现有的核废料。 模块化小型反应堆（SMR）： 将反应堆设计成标准化、模块化的单元，可以大幅缩短建造周期，降低成本，并适用于更广泛的应用场景，包括中小型舰船和陆地设施。 先进燃料技术： 新型核燃料材料和燃料循环技术，将进一步提高燃料的利用率，减少放射性废料的毒性，并延长反应堆的运行周期。 舰船核反应堆，作为一种复杂而强大的动力源，是人类探索海洋和太空的坚实后盾。理解其物理原理，掌握其运行机制，并不断探索其未来的发展方向，对于我们迎接更广阔的未来至关重要。它不仅代表着技术的巅峰，更承载着人类对能源、对探索、对未来的无限追求。

评分☆☆☆☆☆

我的朋友是海军工程专业的，他最近总是和我聊起他学习的内容，其中就提到了“核动力”。虽然我不是学这个的，但“舰船核反应堆运行物理”这个书名，让我觉得非常贴近他的专业领域。我很好奇，在舰船上运行核反应堆，和陆地上我们接触到的核电站有什么不同？是不是因为舰船的特殊性，比如空间限制、晃动、以及更严格的安全要求，使得运行物理变得更加复杂和有挑战？这本书的书名给我一种感觉，它会深入到这些具体的、与舰船应用紧密相关的技术细节中去。我希望这本书能用一种我能理解的方式，解释清楚那些听起来很高深的核反应堆物理知识，让我也能多少明白朋友口中的“核动力”究竟是怎么回事，以及它在现代海军中扮演着怎样的关键角色。

评分☆☆☆☆☆

我最近一直在思考人类的能源未来，特别是清洁能源的发展。这本书的书名，虽然聚焦于“舰船核反应堆”，但它背后所蕴含的核能应用原理，无疑是当前能源领域一个至关重要的分支。我尤其对核聚变技术的发展前景感到兴奋，虽然我知道这本书主要讲的是核裂变反应堆，但核裂变作为目前成熟的核能利用方式，其安全性、效率以及废料处理等方面的挑战，与未来核聚变的发展息息相关。了解舰船核反应堆的运行物理，或许能让我更深刻地理解核能作为一种强大的、低碳的能源选择，在推动社会进步和应对气候变化方面所扮演的角色。这种从具体应用（舰船）到宏观能源问题的联想，让我觉得这本书的内容不仅具有技术深度，更可能触及到我们集体未来发展的关键议题。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的名字时，我的脑海里立刻浮现出电影《红潮风暴》里的场景，那艘在深海中潜行的核潜艇，以及其中那精密复杂、但又充满危险的核反应堆。这本书的书名“舰船核反应堆运行物理”，似乎正是解开这一切神秘面纱的钥匙。我想象着，书中会详细介绍核反应堆是如何工作的，它的核心部件有哪些，又是如何通过复杂的物理过程产生巨大的能量，并最终转化为推动舰船前进的动力。我会对其中的链式反应、中子散射、能量传递等概念充满兴趣，希望能理解这些抽象的物理原理如何在实际的工程应用中发挥作用。对于一个对军事科技和工程学都充满好奇的人来说，这本书就像是一本揭秘手册，让我有机会深入了解那些默默支撑着强大军事力量的背后技术。

评分☆☆☆☆☆

我一直对科学的边界和人类的探索精神感到着迷。这本书的书名，“舰船核反应堆运行物理”，虽然听起来专业性极强，但我却从中感受到了一种探索未知、挑战极限的宏大气魄。想象一下，人类如何能够将原子核的巨大能量加以控制，并应用在最严苛的环境——深邃的海洋中，为舰船提供源源不断的动力。这本身就是一项了不起的工程成就。我期待书中能够展现出这种科学与工程的完美结合，以及科学家和工程师们为了实现这一目标所付出的智慧和努力。这本书不仅仅是关于物理知识，更是关于人类智慧、创新能力以及对自身力量极限的不断探索的生动写照。它让我思考，我们还能在哪些领域突破现有的认知，创造出更令人惊叹的科技奇迹。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引我，深邃的蓝色背景如同广袤的海洋，上面点缀着闪烁的星光，仿佛预示着探索未知深海的旅程。书名“舰船核反应堆运行物理”几个大字散发着一种沉静而庄重的美感，字体选择既有力量又不失细腻，让人一眼就能感受到其专业性和严谨性。我虽然对核反应堆的物理原理知之甚少，但这个封面设计激起了我强烈的好奇心，让我想要去了解隐藏在海洋深处、为现代舰船提供强大动力的“心脏”究竟是怎样的。封面上的图例，或许是一艘巨轮的剪影，又或者是抽象的能量流动示意图，都为这本书增添了神秘感和科技感。我甚至想象，打开这本书，就如同开启了一扇通往另一个未知领域的大门，那里充满了智慧的闪光和严密的逻辑。对于我这样的普通读者而言，这个封面不仅是书籍的门面，更是开启阅读之旅的第一个启示，它在沉默中诉说着内容的分量和价值。