艦船核反應堆運行物理 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳玉清，蔡琦 著

圖書標籤:

• 核反應堆
• 艦船動力
• 核物理
• 流體力學
• 傳熱學
• 反應堆安全
• 放射性
• 堆芯設計
• 船舶工程
• 能源工程

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118103892

版次：1

商品編碼：12116508

包裝：平裝

叢書名： 軍隊“2110工程”三期建設教材

開本：16開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：194

字數：302000

正文語種：中文

內容簡介

　　《艦船核反應堆運行物理》主要介紹核動力艦船的發展概況、核動力裝置的基本組成及工作原理：原子核物理的基本知識、堆芯內核反應的類型及特點、裂變能的來源及釋放能量特點：中子在堆芯內從産生到消失過程的能量變化規律和空間移動規律；反應堆達到臨界的基本條件，即堆芯幾何特性和材料特性的匹配關係，臨界時堆芯熱源的分布特徵；核反應堆功率運行期間，堆芯特性參數變化對反應堆臨界特性的影響，船用反應堆常用的反應性控製方法及特點；反應堆偏離臨界時，描述堆芯功率變化的動力學方程及求解方法，堆芯功率隨時間的變化規律；反應堆物理試驗所開展的試驗項目、試驗方法及安全注意事項等。
　　《艦船核反應堆運行物理》主要針對艦船核動力堆的結構組成特點，闡述堆芯內中子與物質的相互作用的基本規律、核能穩定釋放的基本條件，並特彆強調艦船核反應堆運行過程中的物理現象、運行控製方法，是核動力運行人員、維修保障人員、安全管理人員掌握艦船核反應堆物理特性的重要參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 核動力潛艇的崛起
1．2 核動力水麵艦艇的發展
1．3 艦船核動力裝置的基本組成
1．4 壓水堆的基本結構
1．5 核反應堆運行物理的主要研究內容

第2章 原子核物理基礎
2．1 原子核的基本性質
2．1．1 原子核的組成
2．1．2 原子核的質量
2．1．3 核的大小與液滴模型
2．1．4 核密度及其計算
2．2 原子核的結閤能與比結閤能
2．2．1 質量虧損與結閤能
2．2．2 比結閤能
2．2．3 裂變能和聚變能
2．3 核衰變與核反應
2．3．1 放射性衰變
2．3．2 核衰變的基本規律
2．3．3 核反應及其遵循的守恒定律
2．3．4 反應能和閩能
2．3．5 核反應的機製
2．4 中子核反應
2．4．1 産生中子的核反應
2．4．2 中子引起的核反應
2．5 核反應截麵與核反應率
2．5．1 中子密度與中子束強度
2．5．2 微觀截麵
2．5．3 宏觀截麵
2．5．4 平均自由程
2．5．5 核反應率
2．5．6 中子通量密度
2．5．7 截麵隨中子能量的變化
2．5．8 共振吸收和多譜勒效應
2．5．9 平均截麵
2．6 核裂變反應
2．6．1 核裂變機理及裂變材料
2．6．2 裂變産物與裂變中子
2．6．3 裂變能量與反應堆功率
2．6．4 核反應堆的剩餘釋熱
習題

第3章 中子的慢化與擴散
3．1 鏈式裂變反應與反應堆臨界
3．1．1 實現自持鏈式反應的條件
3．1．2 壓水堆內的中子循環過程
3．2 中子慢化與慢化能譜
3．2．1 中子慢化機理
3．2．2 中子的彈性散射過程
3．2．3 慢化劑的性質
3．2．4 慢化時間與中子年齡
3．2．5 反應堆能譜
3．3 單群中子的擴散
3．3．1 斐剋擴散定律
3．3．2 連續性方程
3．3．3 擴散方程
3．3．4 穩態擴散問題的解
3．3．5 擴散長度與徙動長度
3．3．6 擴散時間與中子壽命
習題

第4章 均勻反應堆的臨界理論
4．1 均勻裸堆的單群擴散理論
4．1．1 均勻平闆裸堆單群擴散方程的解
4．1．2 均勻裸堆的單群臨界方程
4．1．3 圓柱形均勻裸堆臨界方程的解
4．1．4 臨界方程的應用
4．2 有反射層反應堆的單群擴散理論
4．2．1 有反射層平闆堆的單群臨界方程
4．2．2 反射層節省
4．2．3 反射層對中子通量密度分布的影響
……
第5章 核反應堆內反應性的變化
第6章 反應性控製
第7章 核反應堆中子動力學
第8章 艦船核反應堆核設計
第9章 核反應堆物理試驗
附錄
參考文獻

前言/序言

　　熱中子反應堆是以可控的方式利用中子誘發鈾核裂變釋放核能的裝置，核反應堆物理作為研究反應堆內中子産生、運動、消失過程的一門學科，是研究核能開發應用的基礎，相關課程也是核工程專業的基礎必修課程。
　　本書共分9章，第1章主要介紹核動力艦船的發展概況、核動力裝置的基本組成及原理；第2章主要介紹原子核物理的基本知識、堆芯內核反應的類型及特點、裂變能的來源及釋放能量特點；第3章介紹中子在堆芯內從産生到消失過程的能量變化規律和空間移動規律；第4章主要介紹反應堆達到臨界的基本條件，即堆芯幾何特性和材料特性的匹配關係、臨界時堆芯熱源的分布特徵；第5、6章主要介紹核反應堆功率運行期間，堆芯特性參數變化對反應堆臨界特性的影響、船用反應堆常用的反應性控製方法及特點：第7章主要介紹反應堆偏離臨界時，描述堆芯功率變化的動力學方程及求解方法，以及堆芯功率隨時間的變化規律；第8章主要介紹艦船核反應堆核設計的基本原則、內容及分析方法：第9章主要介紹反應堆物理試驗所開展的試驗項目、試驗方法及安全注意事項。
　　本書由陳玉清統稿，第1~3章由蔡琦編寫，第4～9章主要由陳玉清編寫。全書由於雷教授審校，此外趙新文、郝建立、王曉龍對本書也提齣瞭許多有益的意見，在此對他們錶示衷心的感謝。
　　由於水平有限，經驗不足，書中難免存在缺點和錯誤，懇切地希望讀者指正。

《星際艦船的動力心髒：核反應堆的奧秘與實踐》 一、 穿越星辰大海的引擎：為何艦船需要核動力？ 自人類文明步入工業時代，對能源的需求便如烈火烹油，日益增長。從蒸汽機到內燃機，再到燃氣輪機，每一次動力技術的革新都極大地拓展瞭人類活動的邊界。然而，當我們將目光投嚮浩瀚的宇宙，或是深邃的海洋，傳統的能源方式便顯得捉襟見肘。有限的續航能力、巨大的燃料儲備需求、以及對環境的潛在影響，都成為製約遠洋巨輪、戰略潛艇，乃至未來星際飛船發展的瓶頸。 核能，作為一種能量密度極高的能源形式，為解決這些挑戰提供瞭革命性的可能。一個彈丸大小的核燃料，其釋放的能量足以驅動一艘萬噸巨輪數年，甚至為一艘星際飛船提供源源不斷的動力，使其能夠輕鬆穿越數光年的距離。核動力艦船的齣現，標誌著人類海洋及太空探索能力的一次飛躍，賦予瞭它們前所未有的續航能力、戰略靈活性和能源自主性。 二、 核反應堆的物理基石：鏈式反應與裂變能量 艦船核動力最核心的組成部分，便是核反應堆。其運行的物理原理，建立在對原子核結構的深刻理解之上。我們所熟知的鈾-235、鈈-239等重原子核，在被一個自由中子轟擊時，會發生裂變，分裂成兩個較輕的原子核，同時釋放齣巨大的能量，並伴隨産生數個新的自由中子。 這個過程，如果能夠得到有效控製，便能引發所謂的“鏈式反應”。新産生的中子繼續轟擊其他可裂變的原子核，如此循環往復，能量便以驚人的速度持續釋放。而控製鏈式反應的關鍵，在於精確管理中子的數量。過多的中子會導緻反應失控，産生災難性的後果；過少的中子則會使反應熄滅。 鏈式反應的實現，需要滿足一係列條件： 裂變材料： 必須含有足夠濃度的可裂變同位素，如濃縮鈾。 慢化劑： 裂變産生的中子速度太快，難以有效引發新的裂變，因此需要通過慢化劑（如水、重水、石墨）將其速度降低，使其成為“熱中子”。 中子反射層： 包圍反應堆堆芯，將逃逸的中子反射迴堆芯，提高中子利用率。 控製棒： 由能夠吸收中子的材料（如鎘、硼）製成，通過插入或拔齣反應堆堆芯，來吸收多餘的中子，從而控製鏈式反應的速率。 能量的釋放，主要體現在裂變産物具有動能，以及中子、伽馬射綫的能量。這些能量被熱能的形式傳遞齣去，用於驅動蒸汽輪機，進而産生機械動力。 三、 艦船核反應堆的分類與演進：從早期探索到現代設計 早期的核反應堆設計，往往以陸地研究型反應堆為基礎，體積龐大，結構復雜。然而，艦船空間有限，對安全性、緊湊性、以及可靠性有著更為嚴苛的要求。因此，專門為艦船設計的核反應堆應運而生，並不斷發展演進。 目前，艦船核反應堆主要可以根據其慢化劑和冷卻劑的類型進行分類： 壓水堆（PWR）： 這是目前應用最廣泛的艦船核反應堆類型。它使用普通水作為慢化劑和冷卻劑。水的加壓可以提高其沸點，使其在高溫下保持液態，從而有效地將堆芯産生的熱量帶走。壓水堆的優點是技術成熟，安全性高，但其燃料元件的功率密度相對較低。 沸水堆（BWR）： 沸水堆也使用普通水作為慢化劑和冷卻劑，但它允許冷卻劑在堆芯內沸騰，直接産生蒸汽驅動渦輪機。這種設計簡化瞭蒸汽發生器的環節，但其結構相對壓水堆而言，安全性略有下降，且容易産生放射性蒸汽。 重水堆（CANDU）： 重水堆使用重水（氘的水）作為慢化劑和冷卻劑。重水對中子的吸收率低，因此可以使用天然鈾作為燃料，無需濃縮。這降低瞭核燃料的成本，但也使得重水堆的結構更加龐大。 快中子堆（FBR）： 快中子堆不使用慢化劑，而是利用高速中子引發裂變。其主要優勢在於能夠“增殖”核燃料，即在裂變過程中産生比消耗更多的可裂變材料，理論上能夠極大延長核燃料的利用時間，並能處理核廢料。但快中子堆的技術難度和安全挑戰也更為嚴峻。 除瞭上述主流類型，還有一些特殊的艦船核反應堆設計，例如石墨慢化水冷堆，以及為深空探測器設計的放射性同位素溫差發電機（RTG），盡管RTG並非典型的核裂變反應堆，但其利用核衰變産生的熱能發電的原理，也為艦船動力提供瞭另一種思路。 四、 反應堆的核心組件：堆芯、控製係統與安全屏障 無論采用何種類型，艦船核反應堆都包含幾個至關重要的核心組件： 堆芯： 這是反應堆的“心髒”，由燃料元件、慢化劑、冷卻劑等組成。燃料元件通常是陶瓷狀的二氧化鈾，封裝在鋯閤金管中。堆芯的設計直接影響著反應堆的功率輸齣、效率和安全性。 控製係統： 如前所述，控製棒是控製鏈式反應速率的關鍵。此外，反應堆還有一套復雜的監測和控製係統，能夠實時測量中子通量、溫度、壓力等參數，並根據需要自動調整控製棒的位置，確保反應堆安全穩定運行。 冷卻劑循環係統： 負責將堆芯産生的熱量導齣，並傳遞給驅動動力的設備。這包括主循環泵、蒸汽發生器（在壓水堆中）、以及與蒸汽輪機連接的二次循環係統。 安全殼與屏蔽層： 核反應堆的運行會産生高強度的放射性，為瞭保護船員和環境，反應堆被多層厚重的防護材料所包裹，包括鋼殼、混凝土屏蔽層，以及在必要時激活的惰性氣體循環係統，以防止放射性物質的泄漏。 五、 運行與維護：保障艦船動力的生命綫 艦船核反應堆的運行並非一勞永逸，它需要精密的計劃、嚴格的操作規程以及專業的維護團隊。 燃料管理： 核燃料並非可以無限使用，當其裂變效率下降或産生過多的裂變産物影響反應時，就需要更換。燃料的更換是一個復雜且高度受控的過程，需要專業的技術和設備。 定期檢查與維護： 反應堆的各個部件都需要進行定期的檢查和維護，包括泵、閥門、管道、儀錶等。即使是微小的磨損或腐蝕，也可能對反應堆的安全運行構成潛在威脅。 人員培訓： 運行和維護核反應堆的船員必須經過極其嚴格的培訓，掌握核物理、反應堆工程、應急響應等一係列專業知識和技能。他們需要對放射性安全有著深刻的理解，並嚴格遵守操作規程。 核廢料處理： 廢舊的核燃料以及反應堆運行過程中産生的其他放射性廢料，需要進行妥善的儲存和處理，以防止對環境造成汙染。這是一個長期而艱巨的挑戰，需要國際閤作和持續的技術研發。 六、 未來展望：更清潔、更高效的核動力時代 隨著科技的不斷進步，未來的艦船核動力將朝著更清潔、更高效、更安全的方嚮發展。 第四代反應堆技術： 如熔鹽堆（MSR）、釷基反應堆等，有望實現更高的熱效率，降低核廢料的産生量，甚至能夠“燃燒”現有的核廢料。 模塊化小型反應堆（SMR）： 將反應堆設計成標準化、模塊化的單元，可以大幅縮短建造周期，降低成本，並適用於更廣泛的應用場景，包括中小型艦船和陸地設施。 先進燃料技術： 新型核燃料材料和燃料循環技術，將進一步提高燃料的利用率，減少放射性廢料的毒性，並延長反應堆的運行周期。 艦船核反應堆，作為一種復雜而強大的動力源，是人類探索海洋和太空的堅實後盾。理解其物理原理，掌握其運行機製，並不斷探索其未來的發展方嚮，對於我們迎接更廣闊的未來至關重要。它不僅代錶著技術的巔峰，更承載著人類對能源、對探索、對未來的無限追求。

評分☆☆☆☆☆

我的朋友是海軍工程專業的，他最近總是和我聊起他學習的內容，其中就提到瞭“核動力”。雖然我不是學這個的，但“艦船核反應堆運行物理”這個書名，讓我覺得非常貼近他的專業領域。我很好奇，在艦船上運行核反應堆，和陸地上我們接觸到的核電站有什麼不同？是不是因為艦船的特殊性，比如空間限製、晃動、以及更嚴格的安全要求，使得運行物理變得更加復雜和有挑戰？這本書的書名給我一種感覺，它會深入到這些具體的、與艦船應用緊密相關的技術細節中去。我希望這本書能用一種我能理解的方式，解釋清楚那些聽起來很高深的核反應堆物理知識，讓我也能多少明白朋友口中的“核動力”究竟是怎麼迴事，以及它在現代海軍中扮演著怎樣的關鍵角色。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引我，深邃的藍色背景如同廣袤的海洋，上麵點綴著閃爍的星光，仿佛預示著探索未知深海的旅程。書名“艦船核反應堆運行物理”幾個大字散發著一種沉靜而莊重的美感，字體選擇既有力量又不失細膩，讓人一眼就能感受到其專業性和嚴謹性。我雖然對核反應堆的物理原理知之甚少，但這個封麵設計激起瞭我強烈的好奇心，讓我想要去瞭解隱藏在海洋深處、為現代艦船提供強大動力的“心髒”究竟是怎樣的。封麵上的圖例，或許是一艘巨輪的剪影，又或者是抽象的能量流動示意圖，都為這本書增添瞭神秘感和科技感。我甚至想象，打開這本書，就如同開啓瞭一扇通往另一個未知領域的大門，那裏充滿瞭智慧的閃光和嚴密的邏輯。對於我這樣的普通讀者而言，這個封麵不僅是書籍的門麵，更是開啓閱讀之旅的第一個啓示，它在沉默中訴說著內容的分量和價值。

評分☆☆☆☆☆

我最近一直在思考人類的能源未來，特彆是清潔能源的發展。這本書的書名，雖然聚焦於“艦船核反應堆”，但它背後所蘊含的核能應用原理，無疑是當前能源領域一個至關重要的分支。我尤其對核聚變技術的發展前景感到興奮，雖然我知道這本書主要講的是核裂變反應堆，但核裂變作為目前成熟的核能利用方式，其安全性、效率以及廢料處理等方麵的挑戰，與未來核聚變的發展息息相關。瞭解艦船核反應堆的運行物理，或許能讓我更深刻地理解核能作為一種強大的、低碳的能源選擇，在推動社會進步和應對氣候變化方麵所扮演的角色。這種從具體應用（艦船）到宏觀能源問題的聯想，讓我覺得這本書的內容不僅具有技術深度，更可能觸及到我們集體未來發展的關鍵議題。

評分☆☆☆☆☆

我一直對科學的邊界和人類的探索精神感到著迷。這本書的書名，“艦船核反應堆運行物理”，雖然聽起來專業性極強，但我卻從中感受到瞭一種探索未知、挑戰極限的宏大氣魄。想象一下，人類如何能夠將原子核的巨大能量加以控製，並應用在最嚴苛的環境——深邃的海洋中，為艦船提供源源不斷的動力。這本身就是一項瞭不起的工程成就。我期待書中能夠展現齣這種科學與工程的完美結閤，以及科學傢和工程師們為瞭實現這一目標所付齣的智慧和努力。這本書不僅僅是關於物理知識，更是關於人類智慧、創新能力以及對自身力量極限的不斷探索的生動寫照。它讓我思考，我們還能在哪些領域突破現有的認知，創造齣更令人驚嘆的科技奇跡。

評分☆☆☆☆☆

當我看到這本書的名字時，我的腦海裏立刻浮現齣電影《紅潮風暴》裏的場景，那艘在深海中潛行的核潛艇，以及其中那精密復雜、但又充滿危險的核反應堆。這本書的書名“艦船核反應堆運行物理”，似乎正是解開這一切神秘麵紗的鑰匙。我想象著，書中會詳細介紹核反應堆是如何工作的，它的核心部件有哪些，又是如何通過復雜的物理過程産生巨大的能量，並最終轉化為推動艦船前進的動力。我會對其中的鏈式反應、中子散射、能量傳遞等概念充滿興趣，希望能理解這些抽象的物理原理如何在實際的工程應用中發揮作用。對於一個對軍事科技和工程學都充滿好奇的人來說，這本書就像是一本揭秘手冊，讓我有機會深入瞭解那些默默支撐著強大軍事力量的背後技術。