北京培黎職業(yè)學院《核科學概論》2023-2024學年第二學期期末試卷

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《核科學概論》2023-2024學年第二學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在核廢物的分類中，根據放射性水平和半衰期等特性，將其分為不同的級別。對于中低放廢物，以下哪種處理方法較為常用？（）A.近地表處置B.深地質處置C.海洋傾倒D.太空發(fā)射2、核科學中的粒子加速器是產生高能粒子的重要設備。同步加速器和直線加速器是常見的兩種類型。同步加速器的主要特點是？（）A.結構簡單B.能量提升快C.可以實現(xiàn)連續(xù)加速D.占用空間小3、核電廠的應急電源系統(tǒng)在事故情況下保障重要設備的供電。某核電廠應急電源的容量為1000kW，持續(xù)供電時間要求為4小時。若負載功率為500kW，計算應急電源所需的儲能容量。A.2000kWhB.4000kWhC.6000kWhD.8000kWh4、對于核廢料的處理，深地質處置是一種常見的方法。某核廢料的放射性半衰期為1000年，初始放射性活度為10^12Bq。經過2000年后，其放射性活度大約為：（）A.2.5×10^11BqB.5×10^11BqC.2.5×10^10BqD.5×10^10Bq5、在核反應堆材料的選擇中，需要考慮材料的耐輻照性能、高溫強度等因素。對于反應堆壓力容器，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6、在核科學研究中，蒙特卡羅方法常用于模擬粒子輸運過程。假設對一個中子在復雜介質中的輸運進行模擬，以下關于蒙特卡羅方法的特點和應用，哪一項是不正確的？（）A.能夠處理復雜的幾何結構和邊界條件B.通過隨機抽樣計算粒子的行為和反應概率C.計算結果的準確性只取決于模擬的粒子數(shù)量，越多越準確D.可以用于反應堆物理計算、輻射防護設計等領域7、在核反應堆的安全分析中，需要考慮各種事故工況。假設在一次冷卻劑喪失事故中，反應堆堆芯在1小時內沒有得到有效冷卻，堆芯的初始功率為1000MW，功率以線性方式下降到500MW，計算這1小時內堆芯產生的總能量：（）A.750MWhB.800MWhC.850MWhD.900MWh8、核反應堆安全是核能利用的關鍵問題。在考慮核反應堆的事故工況時，若發(fā)生冷卻劑喪失事故，以下哪種現(xiàn)象會首先出現(xiàn)，對反應堆安全產生重大影響？（）A.燃料元件溫度急劇升高B.壓力殼內壓力迅速上升C.中子通量大幅波動D.放射性物質泄漏9、在核反應堆安全分析中，需要考慮多種可能的事故工況。假設一個壓水堆核電站在運行過程中發(fā)生了冷卻劑喪失事故，那么事故的發(fā)展過程是怎樣的？可能導致的后果有哪些？為了預防和緩解這類事故，采取了哪些安全措施和系統(tǒng)（如應急堆芯冷卻系統(tǒng)）？如何評估這些安全措施的有效性？（）A.堆芯溫度上升，可能導致放射性物質釋放，設置多重屏障和應急系統(tǒng)，通過模擬計算評估B.壓力迅速降低，有爆炸危險，安裝自動停機裝置，依據實驗數(shù)據判斷C.燃料元件損壞，造成核泄漏，加強人員培訓和應急預案，根據歷史經驗總結D.以上均不正確10、核技術在食品輻照保鮮方面有應用。某食品經過一定劑量的輻照處理，可以殺滅細菌和寄生蟲，延長保質期。但輻照劑量過高可能會影響食品的品質和營養(yǎng)成分。已知一種食品的最大耐受輻照劑量為10kGy，為了達到保鮮效果同時保證食品質量，輻照劑量應該選擇在什么范圍？（）A.1-3kGyB.3-5kGyC.5-8kGyD.8-10kGy11、在核反應堆安全分析中，需要考慮各種可能的事故工況。某沸水堆在運行過程中，可能發(fā)生冷卻劑喪失事故（LOCA）。在這種情況下，反應堆堆芯可能會暴露在空氣中，導致溫度急劇升高。為了緩解這種事故的后果，通常會采取應急堆芯冷卻系統(tǒng)（ECCS）。假設在LOCA發(fā)生后，ECCS能夠在一定時間內投入運行，注入冷卻劑。如果注入的冷卻劑流量不足，堆芯溫度持續(xù)上升，可能會導致燃料元件的損壞甚至熔化。那么為了避免這種情況，ECCS的設計需要滿足哪些要求？（）A.足夠的冷卻劑流量和壓力B.快速響應和可靠啟動C.能夠適應高溫高壓環(huán)境D.以上都是12、核輻射探測是核科學與技術中的重要內容。在對放射性物質進行測量時，常用的探測器有氣體探測器、閃爍探測器和半導體探測器等。假設需要測量低能γ射線的強度，以下哪種探測器更為合適？是蓋革計數(shù)器、碘化鈉閃爍探測器、正比計數(shù)器還是硅半導體探測器？（）A.蓋革計數(shù)器B.碘化鈉閃爍探測器C.正比計數(shù)器D.硅半導體探測器13、核電廠的蒸汽發(fā)生器是將反應堆產生的熱量傳遞給二回路的關鍵設備。假設蒸汽發(fā)生器的傳熱面積為1000m2，一次側入口溫度為320℃，出口溫度為280℃，二次側產生的蒸汽壓力為5MPa，溫度為260℃。計算蒸汽發(fā)生器的傳熱功率大約是多少兆瓦？（）A.100B.150C.200D.25014、在核燃料循環(huán)中，包括鈾礦開采、燃料加工、反應堆使用和核廢料處理等環(huán)節(jié)。假設一個核燃料循環(huán)系統(tǒng)正在運行，需要優(yōu)化各個環(huán)節(jié)以提高資源利用率和減少環(huán)境影響。以下關于核燃料循環(huán)優(yōu)化的描述，哪一項是不準確的？（）A.提高鈾資源的開采效率和回收率可以增加可用燃料量B.改進燃料加工工藝可以降低成本和減少放射性廢物產生C.延長反應堆燃料的使用壽期可以減少燃料更換的頻率和廢物量D.核燃料循環(huán)的優(yōu)化只需要考慮技術因素，不需要考慮經濟和社會因素15、在核輻射防護中，使用鉛、混凝土等材料來構建屏蔽體。某輻射源發(fā)出的γ射線能量為3MeV，要使γ射線的強度衰減到原來的1/1000，需要多厚的混凝土屏蔽層（混凝土對該能量γ射線的線性減弱系數(shù)為0.1cm^(-1)）？（）A.30cmB.60cmC.90cmD.120cm16、放射性廢物的處理和處置是核工業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。某核設施產生了一批低放射性廢物，其放射性活度為10^(6)Bq，主要包含短半衰期的同位素。如果采用近地表處置的方式，在經過10個半衰期后，這批廢物的放射性活度大約降低到多少？（）A.100BqB.10BqC.1BqD.0.1Bq17、核反應堆的安全系統(tǒng)對于防止核事故至關重要。在壓水堆中，設置了多重安全屏障，包括燃料包殼、一回路壓力邊界、安全殼等。當發(fā)生一回路管道破裂的事故時，以下哪個安全屏障首先發(fā)揮作用？（）A.燃料包殼B.一回路壓力邊界C.安全殼D.以上同時發(fā)揮作用18、核輻射防護的原則包括時間防護、距離防護和屏蔽防護。在輻射工作場所，工作人員應盡量減少受照時間。假設一個輻射源的強度不變，工作人員受照時間減少一半，其接受的輻射劑量將：（）A.不變B.減少一半C.減少四分之一D.減少到原來的三分之一19、在核安全文化中，人員的培訓和意識培養(yǎng)至關重要。工作人員對核安全法規(guī)和操作規(guī)程的熟悉程度直接影響核設施的安全運行。假設一名新員工沒有接受充分的培訓就參與核相關工作，可能會：（）A.違反安全規(guī)定B.無法應對突發(fā)情況C.操作失誤D.以上都有可能20、核科學中的粒子探測器種類繁多，如閃爍探測器、半導體探測器等。某閃爍探測器使用碘化鈉晶體作為探測介質，當入射粒子與晶體相互作用時，會產生閃爍光。通過光電倍增管將光信號轉換為電信號進行測量。已知探測器對某種粒子的探測效率為30%，如果在一段時間內有1000個粒子入射，探測器輸出的脈沖信號數(shù)大約是多少？（）A.200B.300C.500D.700二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）核科學中的核醫(yī)學成像技術不斷發(fā)展和創(chuàng)新。詳細闡述先進的核醫(yī)學成像技術，如單光子發(fā)射計算機斷層成像（SPECT）、正電子發(fā)射斷層成像（PET）與磁共振成像（MRI）、計算機斷層成像（CT）等融合技術的原理和優(yōu)勢。分析核醫(yī)學成像技術在疾病早期診斷、精準治療和療效評估中的應用。探討新的放射性藥物和示蹤劑的研發(fā)，以及如何提高核醫(yī)學成像的分辨率和靈敏度，并結合臨床應用案例說明核醫(yī)學成像技術的發(fā)展和應用前景。2、（本題5分）核燃料循環(huán)是核能發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。請全面闡述核燃料循環(huán)的主要步驟，包括鈾礦開采、鈾濃縮、燃料元件制造、反應堆使用、乏燃料處理等。分析每個步驟中的技術挑戰(zhàn)和環(huán)境影響。探討如何提高核燃料的利用率，減少核廢料的產生，并實現(xiàn)核燃料循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展。3、（本題5分）在核科學研究中，高性能計算和模擬技術發(fā)揮著越來越重要的作用。請詳細論述如何利用計算機模擬核反應過程、反應堆內的物理現(xiàn)象和流體流動等。分析高性能計算在核科學中的應用挑戰(zhàn)和解決方案，如計算精度、計算效率和數(shù)據存儲等問題。解釋如何通過計算模擬來優(yōu)化實驗設計，減少實驗成本和風險。4、（本題5分）核科學與技術中的核數(shù)據對于反應堆設計、核反應計算、輻射防護等方面至關重要。請詳細闡述核數(shù)據的類型（如截面數(shù)據、衰變數(shù)據等）和來源，分析核數(shù)據的不確定性對計算結果的影響。探討如何評估和改進核數(shù)據的質量，以及如何在實際應用中合理處理核數(shù)據的不確定性。5、（本題5分）核技術在水資源管理和環(huán)境保護中的應用具有一定的潛力。請深入探討核技術如同位素示蹤、中子水分測量等在地下水監(jiān)測、水污染源追蹤、水資源評估等方面的應用原理和方法。分析這些技術在解決水資源問題和環(huán)境保護中的優(yōu)勢和局限性。解釋如何將核技術與其他水資源管理和環(huán)境保護技術相結合，提高工作效率和效果。三、計算題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某核電廠的反應堆堆芯有50個燃料組件，每個組件包含200根燃料棒。燃料棒內鈾-235的富集度為4%，密度為19.1g/cm3。反應堆運行功率為2000MW，每次裂變平均釋放200MeV的能量。計算燃料棒內鈾-235的原子核數(shù)，以及反應堆運行一天的燃料消耗質量。2、（本題5分）一個快中子反應堆，燃料為混合氧化物（MOX），其中鈾-235的富集度為12%，钚-239的含量為18%。堆芯內快中子的平均能量為1MeV，鈾-235的微觀裂變截面為1.2×10^-24cm2，钚-239的微觀裂變截面為2.8×10^-24cm2。已知堆芯內快中子的通量密度為4.5×10^14n/(cm2·s)，計算燃料的宏觀裂變截面和裂變率。3、（本題5分）一座沸水堆核電站的堆芯內有6000根燃料棒，燃料棒的直徑為10mm，長度為4m。冷卻劑在堆芯內的平均流速為4m/s，堆芯進口溫度為200℃，出口溫度為280℃。水的比熱為4.2kJ/(kg·K)，計算燃料棒的表面熱流密度、冷卻劑的質量流量以及堆芯進出口的溫差。4、（本題5分）一個核反應堆的燃料組件由180根燃料元件組成，每根燃料元件的熱功率為4.5kW，鈾-235的富集度為3.8%。計算燃料組件的總熱功率和鈾-235的消耗速率。若反應堆運行900小時，求燃料組件的燃耗。5、（本題5分）一個沸水堆核電站，其反應堆堆芯內的水在運行過程中會產生放射性物質。已知水中氚的產生速率為10Ci/h，碘-131的產生速率為5Ci/h。計算運行24小時后，水中氚和碘-131的活度。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）詳細論述核科學技術在能源存儲和轉換中的應用，如開發(fā)新型核電池、利用核輻射驅動化學反應實現(xiàn)能量轉換。分析這些應用的原理和技術瓶頸，探討如何推動核科學技術在能源存儲和轉換領域的創(chuàng)新發(fā)展。2、（本題10分）在核科學與技術的教育和培訓中，培養(yǎng)具備