陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院《核分析技術(shù)》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁(yè)，共3頁(yè)陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院

《核分析技術(shù)》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1分，共20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、核技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如無損檢測(cè)、輻射加工等。在無損檢測(cè)中，利用γ射線檢測(cè)金屬部件內(nèi)部的缺陷，其依據(jù)是（）A.γ射線的穿透能力和不同物質(zhì)對(duì)γ射線的吸收差異B.γ射線的電離作用C.γ射線的熒光效應(yīng)D.γ射線的化學(xué)效應(yīng)2、核科學(xué)中的核素衰變規(guī)律遵循一定的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)一種放射性核素的半衰期為10天，以下關(guān)于其衰變過程的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.經(jīng)過20天，該核素的剩余量為初始量的四分之一B.衰變過程中，放射性活度隨時(shí)間呈指數(shù)下降C.無論初始量多少，經(jīng)過一個(gè)半衰期，剩余量都減少一半D.只要知道初始活度和經(jīng)過的時(shí)間，就可以精確計(jì)算出任何時(shí)刻的剩余活度，不受其他因素影響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)中，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能利用的關(guān)鍵。對(duì)于可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，以下哪項(xiàng)說法是錯(cuò)誤的？（）A.通過控制反應(yīng)堆中的中子吸收材料的數(shù)量，可以調(diào)節(jié)反應(yīng)的速率B.反應(yīng)堆中的控制棒通常由具有強(qiáng)中子吸收能力的材料制成，如硼、鎘等C.可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠持續(xù)穩(wěn)定地釋放能量，并且可以在需要時(shí)迅速停止D.一旦鏈?zhǔn)椒磻?yīng)開始，就無法對(duì)其進(jìn)行控制，只能任由反應(yīng)進(jìn)行下去5、核反應(yīng)堆的燃料循環(huán)包括鈾礦開采、燃料加工、反應(yīng)堆運(yùn)行和乏燃料處理等環(huán)節(jié)。在考慮核燃料的可持續(xù)性時(shí)，除了資源的儲(chǔ)量，還需要關(guān)注以下哪個(gè)因素？（）A.燃料的利用率B.再生燃料的開發(fā)C.國(guó)際核不擴(kuò)散政策D.以上都是6、核反應(yīng)堆的燃料管理策略對(duì)于反應(yīng)堆的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性有重要影響。某壓水堆采用分批換料策略，每次更換1/3的燃料組件。若反應(yīng)堆初始裝載的燃料富集度為3%，經(jīng)過一個(gè)循環(huán)后，剩余燃料的富集度約為多少？（）A.1%B.1.5%C.2%D.2.5%7、核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮眾多因素。某快中子反應(yīng)堆堆芯，燃料組件采用六邊形排列，組件間距為10cm。若堆芯直徑為3m，計(jì)算堆芯內(nèi)燃料組件的數(shù)量大約是多少？（）A.200個(gè)B.300個(gè)C.400個(gè)D.500個(gè)8、對(duì)于核反應(yīng)堆的控制，控制棒的作用至關(guān)重要。已知反應(yīng)堆的功率變化需求和反應(yīng)性變化情況，若要通過控制棒的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)精確控制，還需要考慮以下哪個(gè)因素？（）A.控制棒的材料特性B.控制棒的插入速度C.堆芯的功率分布D.以上都是9、在核反應(yīng)堆的燃料管理中，需要合理安排燃料的裝載和換料方案。某壓水堆采用1/3換料方案，即每次換料更換1/3的燃料組件。如果反應(yīng)堆運(yùn)行一個(gè)周期后，燃料的燃耗深度達(dá)到30000MWd/t，新燃料的初始富集度為3%，那么經(jīng)過三個(gè)運(yùn)行周期后，燃料的平均富集度大約是多少？（）A.1.5%B.1.8%C.2.0%D.2.2%10、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11、在核反應(yīng)堆材料的選擇中，需要考慮材料的耐輻照性能、高溫強(qiáng)度等因素。對(duì)于反應(yīng)堆壓力容器，以下哪種材料通常被選用？（）A.不銹鋼B.鋁合金C.鋯合金D.碳鋼12、在核廢物處理中，高放廢物的處置是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問題。目前，深地質(zhì)處置被認(rèn)為是一種可行的方案。以下關(guān)于深地質(zhì)處置的描述，哪一項(xiàng)是正確的？深地質(zhì)處置庫(kù)需要位于地下幾百米甚至上千米處，以確保隔離效果；深地質(zhì)處置庫(kù)的建設(shè)成本較低；深地質(zhì)處置庫(kù)可以在短期內(nèi)回收廢物；還是深地質(zhì)處置庫(kù)不需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)？（）A.深地質(zhì)處置庫(kù)需要位于地下幾百米甚至上千米處，以確保隔離效果B.深地質(zhì)處置庫(kù)的建設(shè)成本較低C.深地質(zhì)處置庫(kù)可以在短期內(nèi)回收廢物D.深地質(zhì)處置庫(kù)不需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)13、在核醫(yī)學(xué)治療中，放射性藥物的靶向性至關(guān)重要。某放射性藥物旨在針對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行治療，需要通過特定的載體將放射性核素輸送到腫瘤部位。如果載體的特異性不強(qiáng)，可能會(huì)導(dǎo)致放射性藥物在正常組織中分布，引起副作用。為了提高藥物的靶向性，需要對(duì)載體進(jìn)行哪些改進(jìn)？（）A.優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)B.增加識(shí)別基團(tuán)C.改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)D.以上都是14、在核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)分析中，冷卻劑的流動(dòng)和傳熱特性是關(guān)鍵因素?？紤]一個(gè)沸水堆，其燃料元件產(chǎn)生大量的熱量，需要由冷卻劑及時(shí)帶走。冷卻劑在流經(jīng)堆芯時(shí)會(huì)發(fā)生沸騰相變，從而提高傳熱效率。假設(shè)冷卻劑入口溫度為200℃，出口溫度為280℃，流量為1000kg/s，比熱容為4200J/(kg·℃)。計(jì)算冷卻劑帶走的熱量功率約為多少兆瓦？（）A.320B.360C.400D.44015、在核聚變研究中，磁約束和慣性約束是兩種主要的途徑。假設(shè)一個(gè)慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，已知激光的能量、脈沖寬度和靶丸的參數(shù)。如果要提高核聚變的能量輸出，應(yīng)該優(yōu)化哪個(gè)參數(shù)？（）A.激光能量B.脈沖寬度C.靶丸材料D.靶丸尺寸16、核反應(yīng)堆的熱工水力分析是確保反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。關(guān)于冷卻劑在堆芯內(nèi)的流動(dòng)和傳熱，以下哪項(xiàng)說法是錯(cuò)誤的？（）A.冷卻劑的流速和流量分布會(huì)影響堆芯的傳熱性能和溫度分布B.堆芯內(nèi)的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和流動(dòng)阻力會(huì)導(dǎo)致冷卻劑的流動(dòng)不均勻C.提高冷卻劑的溫度可以增加反應(yīng)堆的輸出功率，但也會(huì)增加傳熱風(fēng)險(xiǎn)D.冷卻劑在堆芯內(nèi)的流動(dòng)始終是層流狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)湍流17、核技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用不斷拓展，例如離子注入技術(shù)可以改變材料的表面性能。已知材料的種類和需要改善的性能指標(biāo)，若要確定離子注入的能量和劑量，還需要考慮以下哪個(gè)因素？（）A.材料的晶體結(jié)構(gòu)B.注入離子的種類C.注入后的退火處理?xiàng)l件D.以上都是18、核反應(yīng)堆的堆芯功率分布不均勻會(huì)影響其安全運(yùn)行。已知某反應(yīng)堆堆芯中心區(qū)域的功率密度是邊緣區(qū)域的3倍，堆芯的平均功率密度為100W/cm3，堆芯的體積為10000cm3，計(jì)算中心區(qū)域的功率：（）A.1.5×10^6WB.2×10^6WC.2.5×10^6WD.3×10^6W19、核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)研究反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳遞和流體流動(dòng)。假設(shè)一個(gè)沸水堆，冷卻劑在堆芯內(nèi)沸騰產(chǎn)生蒸汽。已知堆芯的功率分布、冷卻劑流量和通道幾何形狀，如果冷卻劑流量降低，堆芯內(nèi)的熱點(diǎn)溫度會(huì)如何變化？（）A.升高B.降低C.不變D.先降低后升高20、核反應(yīng)堆的退役是核設(shè)施生命周期的最后階段，需要進(jìn)行去污、拆除等工作。退役過程中，需要評(píng)估放射性殘留水平，制定合理的退役方案。如果退役方案不合理，可能會(huì)導(dǎo)致：（）A.退役成本增加B.工作人員受照劑量超標(biāo)C.放射性廢物產(chǎn)生量增加D.以上都有可能二、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）闡述核輻射的種類（如α射線、β射線、γ射線等）及其特性，包括它們的穿透能力、電離能力和對(duì)生物體的潛在危害。分析在不同的應(yīng)用場(chǎng)景（如醫(yī)療、工業(yè)、科研等）中，如何有效地防護(hù)核輻射，包括防護(hù)材料的選擇、防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)和個(gè)人防護(hù)裝備的使用。2、（本題5分）詳細(xì)分析核科學(xué)與技術(shù)中的核反應(yīng)堆堆芯物理計(jì)算方法，包括擴(kuò)散理論、輸運(yùn)理論、蒙特卡羅方法等在堆芯分析中的應(yīng)用。解釋堆芯物理計(jì)算的目的和主要參數(shù)，如功率分布、反應(yīng)性等。分析計(jì)算方法的精度和效率，以及在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)優(yōu)化中的作用，舉例說明在新型反應(yīng)堆堆芯設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。3、（本題5分）核技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像診斷中有著廣泛的應(yīng)用，如正電子發(fā)射斷層掃描（PET）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）等。請(qǐng)?jiān)敿?xì)論述這些技術(shù)的原理和特點(diǎn)，分析其在疾病診斷中的優(yōu)勢(shì)和局限性。探討如何提高醫(yī)學(xué)核影像的分辨率和準(zhǔn)確性，以及如何降低患者接受的輻射劑量。4、（本題5分）在核科學(xué)與技術(shù)中，核反應(yīng)堆的熱工水力實(shí)驗(yàn)研究是重要的研究手段。請(qǐng)全面闡述熱工水力實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和方法，如流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)、臨界熱流密度實(shí)驗(yàn)等。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析方法，以及如何將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和安全分析。探討如何通過實(shí)驗(yàn)研究來驗(yàn)證和改進(jìn)理論模型和計(jì)算方法。5、（本題5分）全面論述核科學(xué)與技術(shù)中的核反應(yīng)堆材料的輻照損傷，包括輻照導(dǎo)致的材料性能變化（如硬度增加、脆化等）。分析輻照損傷的機(jī)制和影響因素，如輻照劑量、溫度等。解釋如何評(píng)估和緩解核反應(yīng)堆材料的輻照損傷，以保證反應(yīng)堆的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，舉例說明新型抗輻照材料的研究進(jìn)展。三、計(jì)算題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）在一個(gè)核燃料循環(huán)的研究中，考慮鈾礦開采到核廢料處理的全過程。已知鈾礦的品位為0.1%，開采成本為100美元/噸，燃料加工成本為200美元/kgU，核廢料處理成本為500美元/kgU。計(jì)算單位能量輸出的總成本，并分析如何通過優(yōu)化燃料循環(huán)來降低成本和減少環(huán)境影響。2、（本題5分）一個(gè)核反應(yīng)堆的燃料元件由鈾-235組成，富集度為4.5%。燃料元件的半徑為0.45cm，長(zhǎng)度為9cm，熱中子通量為2.5×10^13n/(cm2·s)，鈾-235的微觀裂變截面為580×10^-24cm2。計(jì)算燃料元件的體積和熱功率。若反應(yīng)堆運(yùn)行450小時(shí)，求燃料元件的燃耗深度。3、（本題5分）一個(gè)壓水堆核電廠的蒸汽發(fā)生器，傳熱管內(nèi)徑為16mm，壁厚為2mm，材料為Inconel690。蒸汽發(fā)生器的工作壓力為7MPa，溫度為300°C。計(jì)算傳熱管的承壓能力和熱應(yīng)力，并分析在運(yùn)行過程中如何防止傳熱管的破裂和泄漏。4、（本題5分）一個(gè)研究用的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)，加速器提供的質(zhì)子束流強(qiáng)度為1mA，質(zhì)子能量為1GeV。靶材料為鉛，每次質(zhì)子與靶核作用產(chǎn)生的中子數(shù)為20個(gè)。計(jì)算中子源的強(qiáng)度。5、（本題5分）某核反應(yīng)堆的堆芯采用正方形柵格排列的燃料元件，柵格間距為20mm，燃料元件為圓柱形，直徑為15mm。堆芯的邊長(zhǎng)為2m，燃料的富集度為3.2%，平均熱中子通量為1.6×10^14n/(cm2·s)，燃料的密度為10.2g/cm3。計(jì)算堆芯內(nèi)燃料元件的數(shù)量，以及單位時(shí)間內(nèi)堆芯的裂變能產(chǎn)生速率。同時(shí)，分析燃料元件之間的中子相互作用，假設(shè)中子在燃料元件內(nèi)的擴(kuò)散長(zhǎng)度為2cm。四、論述題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）全面論述核反應(yīng)堆的非能動(dòng)安全系統(tǒng)。分析非能動(dòng)安全系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，如依靠自然循環(huán)、重力、熱膨脹等自然現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)安全功能。探討非能動(dòng)安全系統(tǒng)在提高核反應(yīng)堆安全性方面的優(yōu)勢(shì)和可靠性，以及在不同類型核反應(yīng)堆中的應(yīng)用和發(fā)展前景。2、（本題10分