反应堆(反应堆物理是干什么的？)

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很早就想就反应堆物理的话题做些科普工作了，但一直由于种种原因没能开始，那就从今天开始吧。

反应堆物理主要研究反应堆内大量中子的统计行为，研究的主要目是为了解决反应堆工程中的实际问题。既然研究反应堆内大量中子的统计行为，很多学物理的同学和老师都说，这肯定需要用到统计学相关知识，但实际情况并不是这样的。在物理学中，描述大量粒子的统计行为的方程是波尔兹曼方程，该方程可以精确描述粒子的统计行为。下面的问题就变成怎样去求解波尔兹曼方程的问题了，在反应堆物理中，就是求解中子输运方程。当然在辐射屏蔽问题中求解也是输运方程，不同的是要同时考虑中子和光子两种粒子的输运。

中子输运方程的严格求解通常是不可能实现的，原因是中子在堆内的行为与中子截面，中子运动方向，中子能量，时间，中子的位置等多种因素有关，非常复杂。目前求解中子输运方程的方法主要有两种：一种是确定论方法，一种是蒙特卡罗方法，两种方法各有优缺点。确定论方法的优点是计算速度快，计算结果相对精确。相对精确的意思是：确定方法中引入了很多近似假设，这些近似假设使得确定论方法往往能针对不同的反应堆问题，抓住问题的主要特点去针对性的解决反应堆问题，近似包括对中子能量采用分群方法近，空间几何也可采用规则几何近似，中子运动方向可以采用各向同性近似等。这些近似的处理，保证了确定论方法可以有比较好的计算效率即计算速度更快些。反应堆物理中的蒙特卡罗方法，目前主流采用连续点截面，尽可能的降低了对中子能量的近似，另外这种方法的另外一个重要优点是在几何描述上，基本上可以表述任意形状的几何，但在中子运动方向上往往还是要采用近似处理，其缺点是模拟需要跟踪大量中子，需要的计算时间和计算资源要多。

其实从工程的角度讲反应堆，核电运营公司是不关心反应堆物理中的计算方法，他们往往会认为，某种方法主要能满足工程设计需要就行了，这里的工程设计需要主要指计算精度和计算效率。

反应堆物理与整个核工业的其它相关学科，比如核材料，反应堆热工反应堆，反应堆安全都有密切关系。可以说反应堆物理的相关基础知识也是这些学科的基础。

具体核工程中反应堆物理要解决的问题及反应堆物理的解决办法，我们下次再讨论吧

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