山东工艺美术学院《核辐射探测实验（Ⅱ）》2023-2024学年第一学期期末试卷

装订线装订线PAGE2第1页，共3页山东工艺美术学院

《核辐射探测实验（Ⅱ）》2023-2024学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题2分，共40分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、核技术在工业无损检测中的应用广泛，如射线探伤。对于一个复杂的金属结构件，已知其材料和可能存在的缺陷类型，若要选择合适的射线源和检测方法，还需要考虑以下哪个因素？（）A.结构件的尺寸和形状B.检测的精度要求C.检测的成本和效率D.以上都是2、核电厂的应急电源系统在事故情况下保障重要设备的供电。某核电厂应急电源的容量为1000kW，持续供电时间要求为4小时。若负载功率为500kW，计算应急电源所需的储能容量。A.2000kWhB.4000kWhC.6000kWhD.8000kWh3、在核辐射防护中，屏蔽材料的选择非常重要。某实验室需要对一个强γ射线源进行屏蔽，考虑使用铅、混凝土或铁作为屏蔽材料。铅具有较高的密度和对γ射线的衰减能力，但价格昂贵；混凝土成本较低，但屏蔽效果相对较差；铁的屏蔽性能介于两者之间。如果要求在有限的空间内实现最佳的屏蔽效果，同时考虑成本因素，应该选择哪种材料？（）A.铅B.混凝土C.铁D.组合使用以上材料4、核反应堆的热工水力分析对于反应堆的安全和性能至关重要。假设一个沸水堆在运行时，冷却剂的流动和传热过程复杂。那么如何分析冷却剂的流动特性（如流速、压力分布）？传热过程中的热交换机制是什么？在设计反应堆时，怎样通过优化热工水力参数来提高反应堆的效率和安全性？（）A.运用数学模型，基于对流和传导，考虑材料和结构，进行模拟实验B.参考历史数据，依靠辐射传热，注重燃料布局，开展现场测试C.利用经验公式，结合相变传热，优化管道布置，加强理论研究D.以上均不正确5、对于核反应堆的安全壳设计，需要考虑多种事故工况。假设某核反应堆发生大破口失水事故，安全壳内压力迅速升高。已知安全壳的设计压力为0.5MPa，初始压力为0.1MPa，事故后压力在10秒内达到0.4MPa。计算压力的平均上升速率。A.0.03MPa/sB.0.04MPa/sC.0.05MPa/sD.0.06MPa/s6、在核技术用于食品保鲜和消毒时，需要严格控制辐射剂量。假设我们使用电子束对食品进行处理，那么电子束保鲜消毒的原理是什么？如何确保辐射处理后的食品在营养成分和安全性方面符合标准？不同食品对电子束辐射的耐受性有何差异？（）A.破坏微生物结构，进行检测分析，因食品种类而异，遵循相关法规B.改变分子键合，加强质量监控，差异较大需研究，符合卫生要求C.抑制酶的活性，依据标准操作，差别较小可忽略，保障食品安全D.以上均不正确7、在核反应堆的热工设计中，需要考虑多种热传递方式。关于核反应堆中的热传递过程，以下哪项描述是不准确的？（）A.燃料芯块内部主要通过热传导的方式将热量传递到表面B.冷却剂与燃料包壳之间的传热主要是对流换热，其换热系数与流速等因素有关C.反应堆内部的热量传递还可能涉及辐射换热，但其作用通常较小D.核反应堆中的热传递过程是简单的一维传热，不需要考虑三维空间的温度分布8、核反应堆热工水力学研究反应堆内的热量传递和流体流动。假设一个沸水堆，冷却剂在堆芯内沸腾产生蒸汽。已知堆芯的功率分布、冷却剂流量和通道几何形状，如果冷却剂流量降低，堆芯内的热点温度会如何变化？（）A.升高B.降低C.不变D.先降低后升高9、在核科学研究中，经常使用中子活化分析技术来确定样品中的元素成分和含量。已知样品的性质和中子源的特性，若要提高分析的精度，还需要优化以下哪个环节？（）A.样品的制备方法B.测量仪器的分辨率C.数据分析算法D.以上都是10、在核聚变研究中，托卡马克装置是一种重要的实验设备。某托卡马克装置在运行时，通过强大的磁场来约束高温等离子体。等离子体的温度、密度和约束时间是实现核聚变的关键参数。已知该装置中等离子体的温度为1亿摄氏度，密度为10^20个/立方米，约束时间为1秒。如果要使核聚变反应能够自持，需要将约束时间提高到10秒，同时保持温度和密度不变，那么需要对装置进行哪些方面的改进？（）A.增强磁场强度B.增大装置尺寸C.改进加热方式D.优化冷却系统11、在核辐射剂量学中，当量剂量是一个重要的概念。假设一个人同时受到α射线和β射线的照射，已知两种射线的能量和照射时间，以及它们的品质因数。计算这个人所受到的当量剂量时，需要考虑哪些因素？（）A.仅射线能量B.仅照射时间C.射线能量和照射时间D.射线能量、照射时间和品质因数12、在核反应堆的设计中，需要考虑堆芯的中子物理特性。某反应堆堆芯采用了均匀混合的燃料和慢化剂，中子在其中的扩散和反应过程较为复杂。通过建立中子输运方程可以描述中子的行为。如果堆芯的尺寸增大，中子的泄漏率会发生怎样的变化？同时，对反应堆的反应性会产生什么影响？（）A.泄漏率增加，反应性降低B.泄漏率增加，反应性升高C.泄漏率降低，反应性降低D.泄漏率降低，反应性升高13、核技术在工业生产中的在线检测方面有应用，如利用射线检测管道内的流体流动情况。这种在线检测方法的优点包括非接触测量、实时性好等。但同时也存在一些限制，例如：（）A.对复杂流态测量不准确B.辐射安全问题C.设备成本高D.以上都是14、在核反应堆的燃料管理中，需要优化燃料的布置和换料策略。假设一个压水堆在运行一定周期后需要换料，那么如何确定换料的时间和新燃料的装载位置？燃料管理对反应堆的经济性和安全性有怎样的影响？怎样通过先进的计算方法来优化燃料管理方案？（）A.根据燃耗计算，影响成本和风险，运用优化算法，持续改进方案B.依照运行经验，考虑资源利用，采用传统方法，保障稳定运行C.依据设计寿命，关注市场价格，借助模拟软件，满足需求即可D.以上均不正确15、在核反应堆的设计中，需要考虑中子的慢化过程。常用的中子慢化剂有轻水、重水和石墨等。与其他慢化剂相比，重水作为慢化剂的优点是（）A.慢化能力强，吸收中子少B.价格便宜，容易获取C.热稳定性好，不易发生相变D.对反应堆的结构要求低16、在核废物处理中，固化技术可以将放射性废物转化为稳定的固体形式。假设使用玻璃固化技术处理高放废物，已知废物的成分和固化工艺。如果固化过程中出现温度波动，对固化体的性能会产生怎样的影响？（）A.强度降低B.抗浸出性变差C.放射性泄漏风险增加D.以上都有可能17、在核反应堆的热工设计中，需要考虑燃料元件的热膨胀问题。某燃料元件在运行过程中温度升高，由于热膨胀导致其尺寸发生变化。如果燃料元件的线膨胀系数为10^-5/℃，初始长度为10cm，温度升高了500℃，那么燃料元件的长度增加量大约是多少？（）A.0.05cmB.0.5cmC.5cmD.50cm18、核辐射在材料改性方面具有一定的应用。假设使用γ射线对高分子材料进行辐照改性，已知辐照剂量和材料的初始性能。辐照后，材料的物理和化学性能可能会发生怎样的变化？（）A.分子量增加B.交联度提高C.结晶度改变D.以上都有可能19、在核反应堆的燃料管理中，需要合理安排燃料的装载和换料方案。某压水堆采用1/3换料方案，即每次换料更换1/3的燃料组件。如果反应堆运行一个周期后，燃料的燃耗深度达到30000MWd/t，新燃料的初始富集度为3%，那么经过三个运行周期后，燃料的平均富集度大约是多少？（）A.1.5%B.1.8%C.2.0%D.2.2%20、在核聚变反应中，氘和氚的聚变是一种具有巨大潜力的能源获取方式。假设一个核聚变实验装置中，每秒有1×10^18个氘核和1×10^18个氚核发生聚变反应，每次聚变释放出17.6MeV的能量。则该装置每秒释放的总能量约为：（）A.1.76×10^19MeVB.1.76×10^20MeVC.1.76×10^21MeVD.1.76×10^22MeV二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）详细解释核反应堆冷却剂的作用和选择标准，如常见的冷却剂有水、氦气、钠等。讨论不同冷却剂在传热性能、化学稳定性、安全性等方面的特点，以及它们对反应堆类型（如压水堆、沸水堆、快中子堆等）和运行特性的影响。2、（本题5分）核科学与技术中的辐射剂量学是研究辐射剂量测量和评估的学科。请详细论述辐射剂量学的基本概念和量，如吸收剂量、当量剂量、有效剂量等。分析辐射剂量的测量方法和仪器，以及如何进行辐射剂量的计算和评估。解释如何在不同辐射场和照射条件下准确测量和评估辐射剂量，为辐射防护和医学应用提供依据。3、（本题5分）详细解释核科学中的核材料科学，包括核燃料材料（如铀、钚、钍等）的性能和制备、结构材料（如锆合金、不锈钢等）在辐照环境下的行为、核材料的腐蚀和防护。讨论核材料科学在核能发展中的关键作用和研究热点。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在一个核燃料循环的研究中，考虑铀矿开采到核废料处理的全过程。已知铀矿的品位为0.1%，开采成本为100美元/吨，燃料加工成本为200美元/kgU，核废料处理成本为500美元/kgU。计算单位能量输出的总成本，并分析如何通过优化燃料循环来降低成本和减少环境影响。2、（本题5分）在一个沸水堆中，冷却剂在堆芯内的平均流速为4m/s，堆芯入口温度为200°C，出口温度为285°C。已知冷却剂的比热容为4.2kJ/(kg·°C)，流量为5000kg/s。计算堆芯的热功率，并分析冷却剂流速和流量对堆芯传热和安全性的影响。同时探讨在沸水堆中，如何控制汽水混合物的质量含汽率以保证堆芯的稳定运行。3、（本题5分）一个核反应堆的控制棒由银-铟-镉合金制成，控制棒的直径为10mm，长度为3m。当控制棒完全插入堆芯时，反应堆的反应性下降0.05。已知银-铟-镉合金对热中子的吸收截面为200barn，计算控制棒中银-铟-镉合金的质量。同时，考虑控制棒的移动速度对反应堆功率调节的影响，假设控制棒移动10cm所需时间为5s。4、（本题5分）某核反应堆的控制棒驱动机构，需要在10秒内将控制棒插入堆芯1m。已知控制棒的运动速度为匀速，计算控制棒的插入速度，并分析控制棒驱动机构的可靠性和响应时间对反应堆控制的重要性。5、（本题5分）在一个压水堆中，一回路冷却剂的入口温度为270℃，出口温度为315℃，压力为14MPa。冷却剂为水，比热容为4.2kJ/(kg·℃)，流量为11000kg/s。计算冷却剂在堆芯内吸收的热量和一回路的热功率。若堆芯的热功率为2800MW，求冷却剂的循环倍率。四、论述题（本大题共2个小题，共20分)1、（本题10分）深入探讨核科学中的核数据处理与计