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出版者:Academic Press

作者:Elmer E. Lewis Ph.D.

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2008-2-1

价格:USD 104.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780123706317

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反应堆理论的基石：核反应堆物理学基础 本书旨在为读者提供核反应堆物理学领域最为扎实和全面的入门与进阶知识体系。它不仅详细阐述了核裂变反应的微观机制，更深入剖析了如何将这些原理应用于实际的反应堆设计、操作与安全分析。本书聚焦于从粒子输运到反应堆动力学的核心理论构建，强调物理图像的清晰性和数学模型的严谨性。 第一部分：中子与物质的相互作用 本部分奠定了理解反应堆物理学的基本粒子物理基础。 第一章：核能的起源与基本概念 本章首先追溯了核能的历史发展脉络，从卢瑟福的原子核发现到核链式反应的理论建立。核心内容聚焦于核反应截面的概念，详细解释了各种截面（如吸收截面、散射截面、裂变截面）如何依赖于中子的能量。我们区分了宏观截面和微观截面，并引入了与反应堆物理学至关重要的单位束流和通量密度的精确定义。本章还概述了主要的核反应类型，包括弹性散射、非弹性散射、俘获反应以及各种核燃料的裂变产额。 第二章：中子能谱与能级 中子的能量是决定其在反应堆中行为的关键因素。本章系统地分析了中子在物质中慢化（减速）的过程。详细介绍了慢化剂的作用，并推导了慢化方程，重点讨论了对数能量损失和慢化本征长度。通过对玻尔兹曼慢化核的分析，我们阐明了中子能谱如何从快能区过渡到热能区。本章对不同慢化剂（如轻水、重水、石墨）的物理特性进行了比较，并引入了指数衰减的概念来描述快中子向热中子的转化过程。 第三章：中子输运理论的建立 中子在反应堆堆芯内的运动是随机且复杂的，需要专门的数学工具进行描述。本章是全书理论深度的体现，详尽阐述了玻尔兹曼中子输运方程的推导过程。我们从概率论和统计物理的角度出发，构建了描述中子密度随时间、空间和角向分布的微分方程。方程中的各个项——源项、输运项、散射项和吸收项——的物理意义被逐一剖析。为了简化分析，本章也介绍了扩散近似的推导及其适用条件，包括一步扩散方程和多群扩散理论的基础框架。 第二部分：反应堆临界性与反应堆动力学 在理解了中子行为后，本部分转向宏观尺度的反应堆性能分析，特别是如何维持和控制链式反应。 第四章：有效增殖因子与临界条件 反应堆的核心问题在于有效增殖因子 ($k_{eff}$) 的确定。本章详细讨论了四因子公式和六因子公式的推导，明确了材料的丰度、几何形状如何影响反应堆的临界状态。我们深入探讨了有效增界因子 ($k_{infty}$) 与有效增殖因子 ($k_{eff}$) 之间的关系，并基于中子在不同介质中的输运特性，推导了临界条件的数学表达式。对于有限尺寸的反应堆，本章着重分析了反射效应，介绍了反射层厚度和反照率的概念，以及它们对降低临界质量的贡献。 第五章：反应堆的微观与宏观中子能谱模型 实际反应堆中，中子能量分布是连续的，但工程计算往往需要简化。本章系统地介绍了能谱的群化方法。我们阐述了如何根据物理需要（如燃料的共振峰、慢化过程的特性）选择合适的中子能群结构（如快群、共振群、热群）。详细讨论了群截面的计算方法，特别是如何通过能谱加权平均来处理共振能区的中子吸收，例如一级共振积分的计算和屏蔽因子的应用。本章还引入了更高级的离散坐标法 (DN) 和球谐函数展开法 (PN) 在处理各向异性散射问题中的应用。 第六章：反应堆动力学与控制 反应堆的瞬态行为是安全运行的关键。本章聚焦于反应堆动力学方程的建立，重点分析了有效延迟中子分数 ($eta$) 的重要性。我们导出了反应度 ($ ho$) 与反应堆功率变化率之间的关系，明确了零功率函数和点堆模型的应用范围。详细讨论了六群或七群延迟中子模型，并分析了延迟中子对反应堆稳定性的巨大贡献。本章还介绍了反应性插入率 (Doppler Broadening) 对温度反馈机制的影响，以及如何利用反应堆传递函数分析系统的频率响应特性。 第三部分：反应堆物理学的工程应用与先进概念 本部分将理论知识应用于实际堆芯的几何布局和特定类型的反应堆设计。 第七章：反应堆几何与屏蔽设计 本章探讨了将中子输运理论应用于二维和三维几何结构中。我们通过多区扩散方程的求解，分析了反应堆的几何漏出率，并讨论了如何通过优化堆芯与反射层之间的边界条件来达到最优的物理设计。此外，本章也涵盖了屏蔽物理学的基础，计算了反应堆产生的高能伽马射线的屏蔽需求，以及如何选择合适的屏蔽材料（如混凝土、钢、水）以满足工作人员的辐射剂量限制。 第八章：热反应堆与快反应堆的物理学差异 为了全面理解反应堆技术，本章对比了以轻水堆（热反应堆）和快中子增殖堆（快反应堆）为代表的两种主要反应堆类型在物理学上的根本区别。重点分析了快反应堆中没有慢化剂对截面和有效增殖因子的影响，特别是共振逃逸概率的变化。详细讨论了自持增殖的物理可行性，并解释了为什么快堆需要使用高丰度燃料以及其对燃料燃耗深度的影响。 第九章：先进堆芯分析方法与挑战 本章展望了更复杂的计算方法。我们介绍了蒙特卡洛模拟 (Monte Carlo) 在处理复杂几何结构和不均匀能谱时的优势，以及它如何作为精确基准用于验证确定性方法的准确性。本章还探讨了燃烧物理学 (Burnup Physics) 的基本模型，分析了燃料在运行过程中核素（如氙、钌、钚）的生成和消耗如何持续改变堆芯的中子物理特性，以及如何补偿这些变化以维持反应性。 总结与展望 本书的结构旨在构建一个从基本粒子相互作用到复杂系统控制的完整知识链条，确保读者不仅掌握计算公式，更能深刻理解背后的物理原理。通过严谨的数学推导和详实的物理图像，读者将能够独立分析和解决反应堆物理学中的核心问题。

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这本《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》绝对是我近期阅读过的最令人印象深刻的科学著作之一。作者的写作风格非常独特，既有严谨的科学态度，又不失文学的叙事感。他将复杂的物理概念融入到清晰的逻辑链条中，让读者在不知不觉中就掌握了核心要点。我一直对中子如何在反应堆内部进行“旅行”感到好奇，这本书完美地解答了我的疑问。从中子的产生，到它在材料中的慢化、吸收和散射，每一个环节都被作者细致地描绘出来。特别是关于“中子扩散”的章节，作者通过建立一个简化的模型，生动地展示了中子在空间中的迁移过程，让我对“中子通量”这个概念有了深刻的理解。书中的“反应堆方程”部分，虽然涉及到一些数学推导，但作者并没有让这些公式成为阻碍，而是通过清晰的解释，让我理解了它们背后的物理意义。例如，在推导反应堆动力学方程时，作者着重强调了中子寿命和世代时间对反应堆瞬态行为的影响，这让我对反应堆的“反应速度”有了更直观的认识。我特别赞赏作者在介绍不同类型的反应堆时，不仅仅是罗列其特点，而是深入分析了它们在物理原理上的差异，以及这些差异如何影响其应用和安全性。例如，轻水堆和重水堆在慢化剂和燃料形式上的不同，是如何导致它们在核特性上的差异的。此外，书中对核燃料循环的介绍，也让我对核能的“全生命周期”有了更完整的了解，从铀矿的开采到乏燃料的处理，每一个环节都充满了科学的挑战和工程的智慧。这本书让我意识到，核反应堆物理学并非遥不可及，而是与我们的生活息息相关的科学。

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《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》这本书，以其卓越的洞察力和清晰的阐释，彻底改变了我对核反应堆物理学的认知。作者的写作风格如同在为我绘制一幅宏大的科学图景，每一个笔触都精确而富有洞察力。我曾对“中子增殖”这一概念感到困惑，但书中通过对中子平衡的深入分析，让我理解了为什么某些反应堆能够产生比消耗更多的中子，从而实现核燃料的有效利用。书中对“中子衍射”和“中子散射”的讲解，让我看到了中子作为一种研究工具的独特价值，以及它们如何帮助我们揭示物质的微观结构。我尤其欣赏作者在讲解“反应堆设计原则”时，如何将理论物理与工程实践相结合。他详细分析了不同反应堆设计所面临的挑战，以及为了实现安全、高效运行而采取的各种策略。书中关于“乏燃料管理”的章节，也让我对核能的可持续性有了更深刻的理解。作者客观地分析了乏燃料的特性、储存和处理的挑战，并展望了未来的解决方案。让我印象深刻的是，作者在讲解“核安全文化”时，强调了人为因素在核安全中的关键作用，以及持续改进和严格监管的重要性。这种对核能安全系统性思考的呈现，让我对核工业的责任感有了更深的认识。这本书不仅教会了我知识，更重要的是，它培养了我对核能科学的批判性思维和深刻理解。

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这本书简直是打开了我的新世界大门！作为一名刚刚接触核反应堆物理学的新手，我一直觉得这个领域充满着神秘和晦涩。市面上不少教材要么过于理论化，要么细节跳跃，让我常常感到无从下手。但《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》完全不同，它用一种非常清晰、循序渐进的方式，将那些复杂的概念一一拆解。从最初的核反应基础，到中子散射、扩散，再到反应堆的控制和动力学，作者仿佛是一位经验丰富的向导，耐心地带领读者一步步探索。书中大量的插图和图表，形象地展示了抽象的物理过程，比如中子在材料中的传播，或是反应堆功率的变化曲线，让我在理解上事半功倍。更令我惊喜的是，书中不仅仅是罗列公式和推导，还穿插了大量的实际应用案例，让我能够清晰地看到这些物理原理是如何在现实世界的核反应堆设计和运行中发挥作用的。例如，在介绍控制棒的作用时，作者不仅解释了控制棒的吸收截面，还通过一个具体的反应堆启动和停堆过程，生动地展示了控制棒如何精确地调节链式反应的速率。这种理论与实践的紧密结合，极大地增强了我学习的兴趣和信心。我尤其喜欢作者在讲解复杂概念时，常常会使用类比，比如用“概率”来解释中子与原子核发生反应的可能性，或者用“水流”来比喻中子的扩散过程，这些类比都非常贴切，瞬间就将枯燥的物理概念变得生动有趣起来。这本书的结构也设计得非常合理，每一章节都承接上一章节的内容，逻辑清晰，过渡自然，不会让人感到突兀。即便是像“扩散方程”这样在很多教材中被视为难点的章节，作者也通过多角度的解释和不同层次的推导，让我能够逐渐理解其物理意义和数学形式。读完这本书，我不再是那个对核反应堆物理学一无所知的小白，而是对这个领域有了扎实的基础认识，并且充满了继续深入学习的动力。我强烈推荐这本书给所有对核反应堆物理学感兴趣的初学者，它绝对是开启你学习之旅的最佳选择。

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我必须说，《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》是一本真正意义上的“基石”之书。作者用一种极其严谨但又不失生动的笔触，为我构建了一个坚实的核反应堆物理学知识体系。我曾经对“中子产生”的过程感到困惑，但这本书从核裂变的微观机制讲起，逐步引导我理解了中子的来源，以及裂变中子和诱发中子之间的区别。书中对“中子扩散方程”的推导，是我阅读过的最清晰的版本。作者一步步地从最基础的假设出发，最终得到了描述中子在介质中扩散的方程，并详细解释了方程中各项的物理意义。我尤其欣赏作者在讲解“反应堆控制”时，对于不同控制方法的详尽阐述。他不仅介绍了控制棒的作用，还分析了化学负债、温度反馈等其他控制手段，让我看到了反应堆控制的复杂性和精妙性。书中关于“核事故分析”的部分，虽然篇幅不多，但信息量极大。作者用客观的数据和事实，分析了几个著名的核事故案例，并从中提炼出宝贵的经验教训，这让我对核能的风险有了更深刻的认识，也对核工业的自我完善能力有了信心。让我印象深刻的是，作者在讲解“核热工学”时，将核物理与热力学和流体力学结合起来，解释了反应堆如何散热以及如何将热能转化为电能。这种跨学科的视角，让我看到了核反应堆作为一个整体系统的运作方式。这本书不仅传授了知识，更重要的是，它培养了我独立思考和分析问题的能力。

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老实说，我之前对核反应堆物理学一直保持着一种敬畏和距离感，总觉得那是属于高深学者的领域。然而，《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》这本书，以一种前所未有的方式，拉近了我与这个领域的距离。作者的叙述方式非常具有吸引力，他不是简单地罗列概念，而是通过一个又一个引人入胜的例子，将枯燥的理论变得鲜活起来。我尤其喜欢他对“临界条件”的解释，作者通过类比，比如“滚雪球”效应，让我深刻理解了链式反应是如何维持下去的，以及为什么我们需要精确控制它。书中关于“中子活化”和“核裂变”的章节，让我对能量的产生有了全新的认识。作者用清晰的图示和数据，展示了原子核内部蕴藏的巨大能量是如何被释放出来的，并且解释了这种能量是如何被转化为电能的。我一直对反应堆的“功率分布”感到好奇，这本书详细地解释了为什么反应堆的功率分布不是均匀的，以及如何通过调整燃料元件的布置来优化它。作者在讲解“慢化”过程时，运用了非常形象的比喻，让我能够直观地理解中子是如何失去能量，从而更容易被核燃料吸收。此外，书中关于“核安全”的章节，虽然篇幅不长，但信息量巨大。作者用非常客观的态度，分析了核事故的潜在原因和预防措施，让我对核能的安全性有了更理性、更全面的认识。他没有回避风险，而是强调了科学、技术和管理在保障核能安全方面的重要性。这本书不仅填补了我对核反应堆物理学的知识空白，更重要的是，它激发了我对核能未来发展的思考。

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每当我翻开《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》，都会有一种豁然开朗的感觉。作者的写作功力非凡，能够将如此复杂的科学领域，以一种清晰、流畅且富有逻辑的方式呈现出来。我曾以为“中子输运”是一个极其抽象的概念，但这本书通过对其基本原理的细致讲解，让我对其有了深刻的理解。作者在解释中子在介质中的散射和吸收时，引入了概率论的概念，这让我看到了微观粒子行为的统计规律。书中对“中子截面”的讲解，是我见过最透彻的。作者不仅区分了不同类型的截面，还解释了它们如何随中子能量的变化而变化，以及这种变化对反应堆性能的影响。我特别欣赏作者在讲解“反应堆动力学”时，对反馈机制的深入分析。他清晰地阐述了温度反馈、空泡反馈等机制是如何影响反应堆的稳定性的，并且解释了为什么这些反馈机制是保证反应堆安全运行的关键。书中的“核燃料循环”部分，也让我对核能的“可持续性”有了更深的认识。作者详细介绍了铀的富集、燃料的制造以及乏燃料的后处理，让我看到了一个完整的核燃料产业链。让我印象深刻的是，作者在讲解“快中子反应堆”和“热中子反应堆”的差异时，不仅仅停留在概念层面，还深入分析了它们在中子能谱、慢化剂选择和燃料循环上的区别。这种深入的细节分析，让我能够更好地理解不同类型反应堆的设计理念和优缺点。这本书不仅是一本教科书，更像是一本引人入胜的科普读物，它让我对核反应堆物理学产生了浓厚的兴趣。

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我曾几何时认为，核反应堆物理学是一门只有极少数天才才能掌握的学科，尤其是那些涉及量子力学和统计物理学的核心概念，总让我望而却步。然而，《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》以一种令人惊讶的亲和力，打破了我对这个领域的刻板印象。这本书并非简单地堆砌方程式，而是致力于建立一种深刻的物理直觉。作者在解释中子产生、吸收和慢化等基本过程时，非常注重概念的引入和物理图像的构建。例如，在讲解中子与原子核相互作用的截面时，作者不仅仅给出了数学定义，还深入探讨了不同能量的中子与不同原子核相互作用的概率差异，以及这种差异对反应堆性能的影响。这种对“为什么”和“如何”的深入剖析，让我不再是死记硬背公式，而是真正理解了它们背后的物理逻辑。书中的一个亮点在于其对“中子扩散理论”的阐述。作者没有直接抛出复杂的偏微分方程，而是从更基础的随机行走模型开始，逐步引入中子在介质中的运动规律，最终推导出扩散方程。这个过程既严谨又易于理解，让我对中子如何在一个体积有限的介质中“扩散”有了直观的认识。此外，书中关于反应堆动力学的章节，对于理解反应堆如何响应控制信号以及其固有的稳定性特性，有着极其重要的价值。作者通过分析各种反馈机制，如温度反馈和空泡反馈，清晰地解释了为什么反应堆能够自我调节，并阐述了避免失控反应的必要性。我特别欣赏作者在处理核反应堆安全问题时的严谨态度，书中关于紧急停堆系统和辐射防护的讨论，虽然篇幅不长，但切中要害，让我深刻认识到核能利用的责任与挑战。总而言之，这本书提供了一个坚实的理论基础，也灌输了重要的安全理念，对于任何想要深入理解核反应堆物理学的人来说，都是一本不可或缺的参考书。

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坦白说，在拿到《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》之前，我对于这个学科的认知还停留在科幻电影里的模糊印象，总觉得它与我的日常生活相去甚远。但这本书彻底颠覆了我的想法。它以一种极为贴近实际应用的方式，让我看到了核反应堆物理学是如何支撑现代能源产业的。作者在书中不仅介绍了理论知识，更重要的是，他将这些理论与实际的核电站设计、运行和安全考量紧密联系起来。我尤其喜欢作者在讲解反应堆堆芯设计时，如何平衡中子经济性、功率分布和材料限制等多个因素。例如，在讨论不同形状的燃料元件和中子慢化剂的组合如何影响中子通量分布时，书中提供了丰富的图示和计算示例，让我能够直观地理解这些设计决策的背后逻辑。书中关于反应堆控制的章节，让我对如何安全有效地操纵核反应堆有了全新的认识。作者详细阐述了控制棒、调节器以及其他控制系统的作用，并解释了它们如何在不同工况下维持反应堆的稳定运行。我曾对“临界”、“超临界”和“亚临界”这些术语感到困惑，但通过书中清晰的解释和生动的例子，我终于能够准确地理解它们在反应堆物理学中的含义，以及它们如何决定反应堆的状态。此外，书中对核反应堆材料的讨论也让我印象深刻。作者不仅介绍了不同材料在中子辐射下的表现，还阐述了材料选择对反应堆性能、寿命和安全性的重要影响。这种多维度的思考方式，让我认识到核反应堆的设计是一个极其复杂的系统工程。读完这本书，我不再将核反应堆视为一个神秘的机器，而是理解了它是一个精密的科学与工程的结晶，并且认识到它在解决全球能源需求方面所扮演的关键角色。

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自从翻阅了《Fundamentals of Nuclear Reactor Physics》，我对于核反应堆的理解进入了一个全新的境界。作者的叙述风格极具感染力，他能够将那些听起来高深莫测的物理概念，用一种非常贴近生活的方式进行解释。我一直对“中子活化”这一概念感到好奇，这本书详细地解释了中子如何与原子核发生反应，生成放射性同位素，以及这一过程在核医学和核技术中的应用。书中关于“反应堆临界”的讲解，是我看过最到位的。作者通过生动的类比，让我深刻理解了链式反应是如何维持平衡状态的，以及为什么一旦打破平衡就会导致反应堆失控。我尤其欣赏作者在讲解“功率密度”时，如何将核反应的能量释放与燃料的体积联系起来，让我看到了反应堆设计中的能量密度考量。书中关于“核燃料性能”的章节，也让我对核燃料的使用寿命和失效机制有了更深入的了解。作者详细介绍了燃料元件的设计、制造以及在高温高辐射环境下的行为。让我印象深刻的是，作者在讲解“核废料处理”时，并没有回避其复杂性和挑战性，而是用科学的态度，介绍了目前主流的处理技术和未来的发展方向。这种对整个核燃料生命周期的全面覆盖，让我对核能的环保问题有了更深刻的认识。这本书不仅仅是一本学术著作，更是一次关于核能科学与技术的精彩探索之旅。

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这本书给我带来的最深刻感受是，原来如此复杂的核反应堆物理学，也可以被讲得如此通俗易懂。作者在编写过程中，显然投入了巨大的心力去考虑读者的接受程度，特别是那些并非专业背景的读者。从最基础的原子结构、核衰变讲起，逐步引入链式反应的原理，然后层层递进到中子输运、扩散理论，再到反应堆的稳态和瞬态行为。整个过程就像是在攀登一座精心设计的知识阶梯，每一步都稳固而清晰。我特别欣赏作者在讲解中子活化和裂变产物时，没有回避其复杂的化学和物理过程，而是用简洁的语言和直观的图表，将其核心概念呈现出来。例如，在描述裂变产物对中子吸收的影响时，作者通过一个形象的比喻，让我理解了这些“废弃物”是如何“阻碍”链式反应的，从而也理解了为何反应堆需要定期更换燃料。书中对“中子截面”的解释，是我看过所有教材中最清晰的。作者不仅区分了微观截面和宏观截面，还通过实验数据的展示，让我看到了这些截面是如何被测量和应用的。这一点对于理解核反应堆的设计和计算至关重要。此外，书中关于反应堆功率的计算和控制，也给我留下了深刻的印象。作者详细解释了功率与中子通量的关系，以及如何通过调节中子数量来控制功率。这种从微观粒子行为到宏观系统控制的过渡，处理得非常流畅。读到关于反应堆安全性的章节时，我被作者严谨的态度所打动。他没有夸大其词，而是用事实和数据说话，详细解释了核事故的成因、预防措施以及事故后的处理，让我对核能的风险有了更全面的认识，也对核工业的责任感有了更深的理解。这本书不仅传授了知识，更重要的是培养了我对核反应堆物理学的兴趣和信心。

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