云南城市建设职业学院《核技术应用发展与创新》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《核技术应用发展与创新》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15个小题，每小题1分，共15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、在核反应堆的热工设计中，需要考虑燃料元件的传热性能。假设一种新型燃料元件的热导率较高，已知反应堆的运行功率和冷却剂条件。使用这种新型燃料元件对反应堆的运行会产生哪些好处？（）A.降低燃料温度B.提高反应堆功率C.减少冷却剂流量D.以上都是2、在核反应堆的设计中，需要考虑多种物理过程和工程因素。关于反应堆堆芯的设计要点，以下说法错误的是：（）A.确定燃料元件的类型、排列方式和尺寸，以保证足够的反应性和传热性能B.合理设计控制棒的布置，实现对反应性的精确控制C.考虑堆芯的功率分布，避免局部过热和功率不均匀D.堆芯设计完成后，在运行过程中不需要进行任何调整和改进3、对于核反应堆的控制，控制棒的作用至关重要。已知反应堆的功率变化需求和反应性变化情况，若要通过控制棒的动作实现精确控制，还需要考虑以下哪个因素？（）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4、在核医学成像技术中，正电子发射断层扫描（PET）是一种先进的方法。PET成像的基础是（）A.正电子与电子的湮灭产生的γ光子B.放射性核素在体内的化学变化C.人体组织对放射性核素的吸收D.放射性核素的自发衰变5、核反应堆安全是核能利用的关键问题。在考虑核反应堆的事故工况时，若发生冷却剂丧失事故，以下哪种现象会首先出现，对反应堆安全产生重大影响？（）A.燃料元件温度急剧升高B.压力壳内压力迅速上升C.中子通量大幅波动D.放射性物质泄漏6、在核聚变研究中，托卡马克装置是一种重要的实验装置。假设在一个托卡马克装置中，等离子体的温度、密度和约束时间需要达到一定的条件才能实现核聚变反应。以下哪个参数对于核聚变反应的实现最为关键？（）A.等离子体温度B.等离子体密度C.约束时间D.以上同等关键7、在核物理研究中，核反应截面是描述核反应发生概率的重要参数。它与入射粒子的能量、靶核的性质等有关。对于一个特定的核反应，随着入射粒子能量的增加，反应截面通常会：（）A.单调增加B.单调减小C.先增加后减小D.不规则变化8、在核反应堆热工水力分析中，冷却剂的流动和传热特性对反应堆的安全运行有重要意义。假设一个沸水堆在运行过程中，冷却剂的沸腾和两相流现象会对传热产生影响。以下关于冷却剂流动和传热的描述，哪一项是不准确的？（）A.冷却剂的流速和流量分布不均匀可能导致局部过热B.沸腾传热系数随着热流密度的增加而单调增加C.两相流中的空隙率分布对传热和压降有显著影响D.合理的冷却剂通道设计可以改善传热性能，降低流动阻力9、核反应堆中的慢化剂用于降低中子的能量。一种常用的慢化剂是重水，其慢化比（慢化到热中子的概率与吸收中子的概率之比）为100。若每秒有1000个快中子进入重水慢化剂，计算每秒慢化到热中子的数量：（）A.900B.950C.990D.100010、在核辐射防护中，使用铅、混凝土等材料来构建屏蔽体。某辐射源发出的γ射线能量为3MeV，要使γ射线的强度衰减到原来的1/1000，需要多厚的混凝土屏蔽层（混凝土对该能量γ射线的线性减弱系数为0.1cm^(-1)）？（）A.30cmB.60cmC.90cmD.120cm11、放射性废物的处理和处置是核工业面临的重要挑战。某核设施产生了一批低放射性废物，其放射性活度为10^(6)Bq，主要包含短半衰期的同位素。如果采用近地表处置的方式，在经过10个半衰期后，这批废物的放射性活度大约降低到多少？（）A.100BqB.10BqC.1BqD.0.1Bq12、在核反应堆的热工设计中，需要考虑燃料元件的热膨胀对堆芯性能的影响。已知燃料元件的材料和工作温度范围，若要评估热膨胀引起的应力分布，还需要知道以下哪个因素？（）A.燃料元件的几何形状B.冷却剂的流速分布C.堆芯的功率分布D.以上都是13、在核医学诊断中，单光子发射计算机断层成像（SPECT）和正电子发射断层成像（PET）都有应用。与SPECT相比，PET的主要优势在于？（）A.图像分辨率更高B.能够检测更多的生理过程C.设备成本更低D.操作更简单14、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15、核反应堆的控制棒在调节反应性方面起着关键作用。假设一个沸水堆，控制棒的插入和抽出会改变堆芯的反应性。以下关于控制棒作用的解释，哪一项是不正确的？（）A.控制棒由能够强烈吸收中子的材料制成，如硼或镉B.插入控制棒可以增加中子的泄漏，降低反应性C.抽出控制棒会减少中子的吸收，提高反应性D.控制棒的移动速度对反应堆的功率调节没有影响二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）在核科学研究中，小型模块化反应堆（SMR）的发展引起了广泛关注。全面论述小型模块化反应堆的技术特点和优势，如灵活性、可扩展性、安全性等。分析SMR在分布式能源供应、偏远地区供电和特殊应用场景中的潜在应用。探讨SMR研发和商业化面临的挑战和解决方案，以及国际上SMR的发展现状和未来趋势，并通过SMR的概念设计和示范项目说明其特点和应用前景。2、（本题5分）详细说明核科学中的核裂变链式反应的控制原理和方法，包括缓发中子的作用、反应性系数的概念、控制棒和可燃毒物的应用。分析核裂变链式反应的稳定性和动态特性，以及如何在反应堆运行中实现精确的反应性控制。3、（本题5分）核技术在工业中的应用不断拓展和创新。详细阐述核技术在工业无损检测（如射线探伤、超声检测等）、材料改性（如辐照交联、离子注入等）和工业辐照加工（如食品灭菌、材料改性等）中的原理和应用。分析核技术在工业应用中的优势和局限性，以及如何解决相关的技术难题和安全问题。探讨核技术与其他工业技术的结合和协同发展，并结合实际的工业应用项目说明核技术的应用效果和经济效益。4、（本题5分）核废物的处理和处置是核科学与技术领域面临的重要问题。请详细论述核废物的分类（如高放废物、中放废物、低放废物）和来源，分析不同类型核废物的特点和危害。探讨目前主要的核废物处理方法（如固化、减容、去污等）和处置途径（如地质处置、深地层处置、海洋处置等）的原理和优缺点，并讨论如何确保核废物处理和处置过程的安全性和环境友好性。三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细论述核科学技术在材料辐照损伤研究中的应用，包括辐照对材料结构、性能和使用寿命的影响机制。分析在核反应堆、太空环境等不同辐照条件下材料的行为，探讨如何通过材料设计和防护措施减轻辐照损伤，提高材料在极端环境中的可靠性。2、（本题5分）论述核反应堆物理中的中子扩散理论和计算方法。解释中子在反应堆内的输运过程，分析扩散方程的建立和求解方法，探讨如何考虑边界条件、材料非均匀性和共振吸收等因素对中子扩散的影响。同时，研究中子扩散计算在反应堆堆芯设计和核临界安全分析中的应用。3、（本题5分）深入探讨核技术在农业领域的应用。分析核辐射在诱变育种、农产品保鲜、病虫害防治等方面的作用机制和应用效果。论述如何合理控制辐射剂量和照射条件，以达到预期的农业生产目标，同时避免对环境和生物造成不利影响。4、（本题5分）深入论述核技术在水文地质领域的应用，如地下水示踪、含水层特性研究、水资源管理等。分析放射性同位素和核技术方法（如环境同位素分析、核测井）在水文地质调查中的原理和优势，探讨如何利用这些技术解决地下水资源评估、污染监测和保护等实际问题。研究核技术在应对全球水资源短缺和水环境保护中的作用和前景。5、（本题5分）论述核电厂的选址原则和环境影响评估。分析核电厂选址需要考虑的地理、地质、水文、气象等自然条件，以及人口分布、应急响应能力等社会因素。探讨核电厂运行对周边环境（如大气、水体、土壤）的放射性影响评估方法，包括辐射剂量计算、生态风险评估和放射性废物排放控制等。四、计算题（本大题共4个小题，共40分)1、（本题10分）某核辐射监测系统，探测器对α射线的探测下限为10Bq，对β射线的探测下限为50Bq。已知一个样品同时发射α射线和β射线，α射线的活度为50Bq，β射线的活度为100Bq。计算该监测系统能否有效检测该样品，并分析如何降低探测下限。2、（本题10分）一座重水堆核电站，反应堆热功率为1500MW，重水慢化剂的温度从60℃上升到80℃。重水的比热为4.2kJ/(kg·K)，流量为10000kg/s，计算重水慢化剂吸收的热量以及重水与燃料之间的传热功率。3、（本题10分）一个快中子反应堆，燃料为铀-钚混合氧化物，其中铀-238占70%，钚-2