北京體育職業(yè)學(xué)院《核科學(xué)概論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁北京體育職業(yè)學(xué)院

《核科學(xué)概論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題2分，共40分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、在核反應(yīng)堆材料研究中，燃料元件的性能直接關(guān)系到反應(yīng)堆的運(yùn)行安全和效率。對(duì)于一種新型的核燃料材料，要評(píng)估其在高溫、高輻照環(huán)境下的性能，需要進(jìn)行以下哪些測試？（）A.熱導(dǎo)率測量B.輻照腫脹實(shí)驗(yàn)C.高溫力學(xué)性能測試D.以上都是2、核輻射的生物效應(yīng)不僅與輻射劑量有關(guān)，還與輻射的品質(zhì)有關(guān)。高傳能線密度輻射比低傳能線密度輻射對(duì)生物體的損傷更大。以下哪種輻射屬于高傳能線密度輻射：（）A.γ射線B.X射線C.阿爾法射線D.貝塔射線3、核反應(yīng)堆的熱功率是衡量其性能的重要指標(biāo)。某反應(yīng)堆的熱功率為1000MW，燃料的能量釋放效率為30%，計(jì)算每秒燃料釋放的總能量：（）A.3.33×10^9JB.3.33×10^10JC.3.33×10^11JD.3.33×10^12J4、在核反應(yīng)堆的事故分析中，需要考慮各種可能的故障模式。假設(shè)一個(gè)反應(yīng)堆發(fā)生冷卻劑喪失事故，以下關(guān)于事故后果的評(píng)估，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.堆芯可能因失去冷卻而溫度升高，導(dǎo)致燃料元件損壞B.可能會(huì)有放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中，造成環(huán)境污染C.只要應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)，就不會(huì)對(duì)公眾健康產(chǎn)生任何影響D.事故的嚴(yán)重程度取決于反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)、運(yùn)行狀況和應(yīng)急措施的有效性5、核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注。假設(shè)我們使用核分析技術(shù)來監(jiān)測大氣污染物，那么常見的核分析方法（如中子活化分析、質(zhì)子激發(fā)X射線熒光分析）有何特點(diǎn)？如何準(zhǔn)確測量大氣中微量污染物的濃度？核技術(shù)在水污染治理和土壤修復(fù)方面又有哪些潛在的應(yīng)用？（）A.方法各有優(yōu)劣，采用標(biāo)準(zhǔn)樣品，探索多種可能，遵循環(huán)保原則B.靈敏度高精準(zhǔn)，建立檢測體系，具有一定前景，符合治理規(guī)范C.分析快速全面，優(yōu)化測量條件，存在技術(shù)挑戰(zhàn)，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估D.以上均不正確6、在核燃料后處理中，分離和回收有用的核素是重要的環(huán)節(jié)。例如，從乏燃料中回收鈾和钚可以提高資源利用率。后處理過程中，采用的化學(xué)分離方法需要具有高選擇性和高效率。以下哪種化學(xué)分離方法常用于核燃料后處理：（）A.溶劑萃取法B.離子交換法C.沉淀法D.蒸餾法7、核輻射防護(hù)是保障人員安全的重要措施。關(guān)于外照射防護(hù)的方法，以下哪項(xiàng)是不正確的？（）A.增加與輻射源的距離，可以顯著降低受照劑量，遵循距離平方反比定律B.縮短受照時(shí)間，減少在輻射場中的停留，可以有效減少輻射危害C.在輻射源和人員之間設(shè)置屏蔽物，如鉛板、混凝土等，可以阻擋輻射D.外照射防護(hù)主要依靠穿戴防護(hù)服，防護(hù)服的防護(hù)效果與材料厚度成正比8、核技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如無損檢測。某工廠使用X射線對(duì)金屬部件進(jìn)行探傷，以檢測內(nèi)部的缺陷。X射線穿透金屬時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，衰減程度與金屬的厚度、密度和成分有關(guān)。已知一種特定的金屬部件，其厚度為20mm，密度為7.8g/cm3，使用一定強(qiáng)度的X射線進(jìn)行檢測。如果在探測器上接收到的X射線強(qiáng)度為初始強(qiáng)度的1/10，那么這種金屬材料對(duì)該X射線的線性衰減系數(shù)大約是多少？（）A.0.1/cmB.0.2/cmC.0.3/cmD.0.4/cm9、核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響反應(yīng)堆的性能和安全性。對(duì)于堆芯的燃料組件布置，以下哪項(xiàng)描述是不正確的？（）A.燃料組件通常采用規(guī)則的陣列布置，以保證中子通量的均勻分布B.合理的燃料組件間距可以優(yōu)化冷卻劑的流動(dòng)和傳熱，提高反應(yīng)堆的熱效率C.燃料組件的形狀和尺寸可以根據(jù)反應(yīng)堆的類型和功率大小進(jìn)行調(diào)整D.為了提高反應(yīng)堆的功率密度，燃料組件應(yīng)該盡可能緊密地排列，減少空隙10、在核天體物理學(xué)中，研究恒星內(nèi)部的核反應(yīng)過程有助于理解宇宙的演化。假設(shè)一顆恒星內(nèi)部正在進(jìn)行氫核聚變反應(yīng)生成氦，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，恒星內(nèi)部的元素組成和能量釋放會(huì)發(fā)生變化。已知恒星的初始質(zhì)量和成分，如果恒星的質(zhì)量增大，其氫核聚變的速率會(huì)怎樣？（）A.加快B.減慢C.不變D.先加快后減慢11、核安全是核能利用的首要問題，包括反應(yīng)堆的安全設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和應(yīng)急響應(yīng)等方面。在核反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)中，緊急停堆系統(tǒng)的作用是在異常情況下迅速停止反應(yīng)堆的運(yùn)行。那么，觸發(fā)緊急停堆的條件通常包括：（）A.功率異常升高B.冷卻劑溫度過高C.壓力超過限值D.以上都是12、在核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中，管道的腐蝕是一個(gè)需要關(guān)注的問題。某管道材料在高溫高壓水環(huán)境中的腐蝕速率為0.1mm/年。若管道初始壁厚為10mm，設(shè)計(jì)壽命為30年，計(jì)算管道剩余的最小壁厚。A.7mmB.8mmC.9mmD.10mm13、核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，如燃料組件的排列、控制棒的布置等。某壓水堆的堆芯由若干個(gè)燃料組件組成，每個(gè)組件包含若干根燃料棒。假設(shè)燃料棒的直徑為10毫米，組件的邊長為20厘米，采用正方形排列。計(jì)算一個(gè)燃料組件中大約可以布置多少根燃料棒？（）A.400B.500C.600D.70014、核輻射的生物效應(yīng)不僅取決于輻射劑量，還與輻射的品質(zhì)有關(guān)。高LET（傳能線密度）輻射與低LET輻射相比，其生物效應(yīng)（）A.較弱B.較強(qiáng)C.相同D.不確定15、在核反應(yīng)堆的停堆過程中，需要采取一系列措施確保安全。以下哪種措施是為了防止停堆后余熱無法排出導(dǎo)致堆芯溫度過高？（）A.啟動(dòng)應(yīng)急冷卻系統(tǒng)B.插入全部控制棒C.關(guān)閉主泵D.以上都是16、在核材料科學(xué)中，研究材料在輻射環(huán)境下的性能變化十分重要。某金屬材料在受到高能中子輻照后，其強(qiáng)度和韌性發(fā)生了改變。假設(shè)初始強(qiáng)度為500MPa，韌性為100J/cm2，經(jīng)過一定劑量的輻照后，強(qiáng)度增加到600MPa，韌性降低到50J/cm2。計(jì)算輻照導(dǎo)致的強(qiáng)度增加百分比和韌性降低百分比。A.20%，50%B.20%，60%C.30%，50%D.30%，60%17、在核醫(yī)學(xué)診斷中，單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（SPECT）和正電子發(fā)射斷層成像（PET）都有應(yīng)用。與SPECT相比，PET的分辨率（）A.更高B.更低C.相同D.取決于具體情況18、核輻射在醫(yī)學(xué)成像中有著重要應(yīng)用，如正電子發(fā)射斷層掃描（PET）。在PET檢查中，患者會(huì)被注射一種含有正電子放射性核素的藥物，這些核素在衰變時(shí)會(huì)發(fā)射正電子，與周圍的電子發(fā)生湮滅產(chǎn)生一對(duì)γ光子。探測器通過測量這對(duì)γ光子的方向和能量來重建體內(nèi)的代謝圖像。已知一種常用的正電子放射性核素的半衰期為2小時(shí)，如果患者在注射后1小時(shí)進(jìn)行檢查，此時(shí)體內(nèi)放射性藥物的活度大約是初始活度的多少？（）A.1/2B.1/4C.3/4D.2/319、核反應(yīng)堆的啟動(dòng)過程需要嚴(yán)格控制，包括緩慢提升功率、監(jiān)測各項(xiàng)參數(shù)等。在啟動(dòng)過程中，如果功率上升速度過快，可能會(huì)引發(fā)：（）A.燃料元件損壞B.冷卻劑沸騰C.控制棒失控D.以上都有可能20、在核反應(yīng)堆的安全殼設(shè)計(jì)中，需要考慮多種極端工況下的防護(hù)能力。已知安全殼的結(jié)構(gòu)形式和材料特性，若要評(píng)估其在地震和飛機(jī)撞擊等事故下的可靠性，還需要進(jìn)行以下哪種分析？（）A.有限元模擬B.概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估C.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證D.以上都是二、簡答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）在核科學(xué)與技術(shù)中，核材料的無損檢測技術(shù)具有重要地位。深入探討核材料無損檢測的方法和技術(shù)，如超聲檢測、射線檢測、渦流檢測等在核材料質(zhì)量評(píng)估、缺陷檢測和老化監(jiān)測中的應(yīng)用。分析無損檢測技術(shù)在核環(huán)境下的特殊要求和挑戰(zhàn)，以及如何提高檢測的可靠性和效率。討論無損檢測技術(shù)的新發(fā)展和創(chuàng)新，以及如何與數(shù)字化和智能化技術(shù)相結(jié)合，并通過核材料無損檢測的實(shí)際案例說明其技術(shù)要點(diǎn)和應(yīng)用效果。2、（本題5分）在核科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，核輻射探測是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。請(qǐng)全面論述不同類型的核輻射探測器（如氣體探測器、閃爍探測器、半導(dǎo)體探測器等）的工作原理和特點(diǎn)。分析它們?cè)谀芰糠直媛?、探測效率、時(shí)間響應(yīng)等方面的性能差異，并探討在不同應(yīng)用場景（如核醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、核反應(yīng)堆控制等）中如何選擇合適的探測器以滿足特定的測量需求。3、（本題5分）闡述核反應(yīng)堆中的燃料管理策略，包括燃料組件的換料方案、燃耗深度的控制、堆芯功率分布的優(yōu)化等。分析燃料管理對(duì)反應(yīng)堆經(jīng)濟(jì)性、安全性和核燃料資源利用的影響，以及如何通過先進(jìn)的計(jì)算方法和模擬技術(shù)進(jìn)行燃料管理的優(yōu)化。三、計(jì)算題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）一個(gè)研究用的核反應(yīng)堆，堆芯體積為0.5m3，平均中子通量為5×10^12n/(cm2·s)。燃料為鈾-235，其裂變截面為580barn。計(jì)算堆芯內(nèi)每秒發(fā)生的裂變反應(yīng)數(shù)以及燃料的消耗率。2、（本題5分）某核反應(yīng)堆的堆芯由正六邊形燃料組件組成，組件邊長為15cm。堆芯的等效直徑為3m，計(jì)算堆芯內(nèi)燃料組件的數(shù)目和堆芯的活性區(qū)面積。3、（本題5分）某核反應(yīng)堆的燃料元件包殼材料為鋯-4合金，在運(yùn)行過程中受到中子輻照。已知中子注量為1×10^22n/m2，鋯-4合金的中子損傷常數(shù)為1×10^-6dpa/(n/m2)，計(jì)算燃料元件包殼的輻照損傷劑量。4、（本題5分）一個(gè)核反應(yīng)堆的堆芯在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，需要通過冷卻劑將熱量帶走。已知堆芯的體積為2m3，平均功率密度為100MW/m3，冷卻劑的入口溫度為280°C，出口溫度為320°C。冷卻劑的比熱容為4200J/(kg·K)，流量為1000kg/s。計(jì)算堆芯的總功率，以及冷卻劑在堆芯內(nèi)的溫升是否滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，分析堆芯內(nèi)的溫度分布情況，假設(shè)溫度分布符合高斯函數(shù)。5、（本題5分）某研究用的小型游泳池式反應(yīng)堆，堆芯由均勻分布的燃料元件組成，堆芯體積為2m3，燃料元件的平均核子密度為10^28個(gè)/m3，熱中子利用系數(shù)為0.85，逃脫共振俘獲概率為0.88，快中子增殖因數(shù)為1.03。計(jì)算該反應(yīng)堆的無限增殖因數(shù)，并分析如何通過調(diào)整堆芯參數(shù)來提高反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。四、論述題（本大題共2個(gè)小題