2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核反應(yīng)堆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填入括號(hào)內(nèi)。）1.在核反應(yīng)堆中，為了使中子能有效慢化并維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，通常選擇使用具有較大()的慢化劑。A.中子吸收截面B.中子散射截面C.偏向角D.幾何尺寸2.對(duì)于無限大均勻反應(yīng)堆，其臨界條件是宏觀中子注量率的導(dǎo)數(shù)為零，即dN/dx=0。這個(gè)條件主要反映了()。A.中子增殖倍數(shù)大于1B.中子增殖倍數(shù)等于1C.中子泄漏為零D.中子平均自由程為零3.控制棒在反應(yīng)堆中主要起到的作用是()。A.提高中子泄漏B.增加反應(yīng)堆固有安全性C.改變反應(yīng)堆的功率分布D.吸收慢化劑4.在反應(yīng)堆熱工水力分析中，壓水堆（PWR）中一回路水的壓降主要來自于()。A.燃料棒和壓力容器的熱膨脹B.冷卻劑在管道中的流動(dòng)阻力C.控制棒插入或拔出引起的反應(yīng)性變化D.一回路與二回路之間的熱量傳遞5.根據(jù)反應(yīng)堆類型和運(yùn)行狀態(tài)，反應(yīng)性平衡可以分為()。A.穩(wěn)態(tài)平衡與動(dòng)態(tài)平衡B.固有平衡與補(bǔ)償平衡C.瞬態(tài)平衡與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平衡D.正平衡與負(fù)平衡6.對(duì)于熱中子反應(yīng)堆，提高反應(yīng)堆的功率通常是通過增加()來實(shí)現(xiàn)的。A.慢化劑的密度B.冷卻劑的流速C.燃料棒中fissile核的濃度D.中子吸收體的密度7.在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，反射層的主要作用是()。A.增加反應(yīng)堆的固有反應(yīng)性B.減少中子的泄漏C.吸收中子，防止臨界事故D.改變中子的能量分布8.核反應(yīng)堆時(shí)間特性研究中，反應(yīng)性反饋系數(shù)對(duì)于反應(yīng)堆的長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。正的反應(yīng)性反饋系數(shù)意味著()。A.溫度升高導(dǎo)致反應(yīng)性增加B.中子通量增加導(dǎo)致反應(yīng)性增加C.燃料燃耗導(dǎo)致反應(yīng)性增加D.控制棒吸收中子導(dǎo)致反應(yīng)性增加9.在比較不同反應(yīng)堆類型（如PWR和BWR）時(shí)，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)差異是()。A.慢化劑的選擇B.冷卻劑的壓力C.是否使用石墨慢化劑D.堆芯中子通量分布的均勻性10.核反應(yīng)堆經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化通常需要在()之間進(jìn)行權(quán)衡。A.初始投資成本與運(yùn)行維護(hù)成本B.燃料成本與運(yùn)行成本C.安全性指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)D.功率輸出與熱效率二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線處。）1.核反應(yīng)堆中，能夠使中子從快中子轉(zhuǎn)變?yōu)闊嶂凶拥奈镔|(zhì)稱為________。2.反應(yīng)堆臨界性是指反應(yīng)堆處于________狀態(tài)時(shí)，中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠自我維持。3.控制棒通常采用銀-銦-鎘（Ag-In-Cd）等材料，主要是因?yàn)樗鼈兙哂泻艿偷腳_______。4.壓水堆（PWR）中，一回路水的出口溫度通常略高于入口溫度，這是由于冷卻劑在管道和堆芯中吸收了________。5.反應(yīng)堆反應(yīng)性是指引起反應(yīng)堆功率變化或________變化的物理量。6.在反應(yīng)堆啟動(dòng)過程中，為了建立自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需要引入足夠大的________。7.核反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮多重屏障原則，其中一個(gè)重要的屏障是________。8.根據(jù)中子能量范圍，核反應(yīng)可以分為熱中子反應(yīng)、中子共振反應(yīng)和________。9.在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，為了保證堆芯功率分布的均勻性，通常會(huì)采用________控制棒布置方案。10.提高核反應(yīng)堆燃料利用率的途徑之一是發(fā)展________技術(shù)。三、簡答題（每題8分，共40分。請(qǐng)簡要回答下列問題。）1.簡述中子慢化過程的物理原理及其對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的影響。2.解釋什么是反應(yīng)堆的固有反應(yīng)性安全，并簡述其設(shè)計(jì)原理。3.簡述反應(yīng)堆熱工水力傳熱的基本方式及其在反應(yīng)堆安全分析中的重要性。4.什么是反應(yīng)堆的功率分布？簡述影響反應(yīng)堆功率分布的主要因素。5.簡述核反應(yīng)堆安全系統(tǒng)（如ECCS）在失水事故（SmallWaterAccident）中的重要作用。四、計(jì)算題（每題15分，共30分。請(qǐng)列出必要的公式、計(jì)算步驟和結(jié)果。）1.某一無限大均勻反應(yīng)堆，其宏觀裂變中子產(chǎn)生率Σf=0.05cm?1，宏觀中子吸收截面Σa=0.01cm?1，宏觀中子散射截面Σs=10cm?1，散射中子非彈性吸收截面Σin=0.005cm?1。求該反應(yīng)堆的宏觀增殖因子k?和宏觀吸收截面Σa'（考慮散射的影響）。2.假設(shè)一個(gè)反應(yīng)堆在某一時(shí)刻處于熱態(tài)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，堆芯功率為P_W。由于某種擾動(dòng)，反應(yīng)堆的反應(yīng)性發(fā)生了Δρ的變化。如果反應(yīng)堆的反應(yīng)性反饋系數(shù)（溫度反饋為主）為β=-0.005/kW，堆芯平均溫度變化為ΔT=10°C。求反應(yīng)堆功率的相對(duì)變化量ΔP/P。假設(shè)燃料熱容量C=20kW/K。---試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.D6.C7.B8.A9.A10.A二、填空題1.慢化劑2.自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3.中子吸收截面4.燃料產(chǎn)生的熱量5.中子通量6.反應(yīng)性7.燃料棒8.快中子反應(yīng)9.球形或共中心10.核燃料循環(huán)三、簡答題1.解析思路：首先說明慢化是快中子通過與慢化劑核的彈性散射過程，能量逐漸降低至熱中子能量范圍。然后闡述其對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的影響：慢化劑的選擇（材料、密度）影響中子能量譜和反應(yīng)堆類型；慢化劑的宏觀截面（散射截面>吸收截面）影響中子泄漏和反應(yīng)性。2.解析思路：定義固有反應(yīng)性安全：指反應(yīng)堆在無控制棒、無慢化劑等擾動(dòng)下，具有負(fù)的反應(yīng)性裕量，即使燃料燃耗、溫度升高等導(dǎo)致反應(yīng)性增加，也不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)失控。原理：通過設(shè)計(jì)使反應(yīng)堆的靜態(tài)反應(yīng)性安全系數(shù)（通常定義為（k?_critical-k?）/k?或Δρ_safety）為負(fù)值。3.解析思路：說明傳熱方式主要是對(duì)流（強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流）和導(dǎo)熱。解釋其對(duì)安全的重要性：冷卻劑流動(dòng)將堆芯產(chǎn)生的熱量帶走，維持堆芯溫度在安全范圍內(nèi)。如果冷卻劑流動(dòng)中斷（如失水事故），堆芯將急劇升溫，可能導(dǎo)致燃料熔化、熔鹽態(tài)高溫高壓下燃料棒破損、放射性物質(zhì)釋放等嚴(yán)重事故。4.解析思路：定義功率分布：指反應(yīng)堆堆芯內(nèi)中子通量（或功率）沿空間分布的不均勻情況。影響因素：幾何因素（堆芯形狀、燃料棒排列）、材料因素（燃料類型、密度、溫度）、結(jié)構(gòu)因素（控制棒位置、反射層、裂變產(chǎn)物分布）和運(yùn)行狀態(tài)（功率水平、初始反應(yīng)性等）。5.解析思路：說明ECCS（緊急冷卻系統(tǒng)）的作用：在嚴(yán)重事故（如失水事故）發(fā)生時(shí)，自動(dòng)投入大量冷卻劑（通常是高壓水）注入堆芯，快速帶走大量熱量，防止堆芯過熱熔化。ECCS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保在最嚴(yán)重的事故工況下，堆芯溫度仍能被有效冷卻，維持壓力容器完整性，防止放射性物質(zhì)大量釋放到環(huán)境中。四、計(jì)算題1.解析思路：*宏觀增殖因子k?=Σf/(Σa+Σa')。要求Σa'，需先計(jì)算宏觀散射中子吸收Σas=Σs*Σin/(Σs+Σin)。*計(jì)算Σas=10*0.005/(10+0.005)≈0.000497cm?1。*宏觀總吸收截面Σa'=Σa+Σas=0.01+0.000497=0.010497cm?1。*k?=0.05/0.010497≈4.77。*結(jié)果：k?≈4.77，Σa'≈0.0105cm?1。2.解析思路：*功率變化ΔP與反應(yīng)性變化Δρ之間的關(guān)系：ΔP/P=β*Δρ。其中β是反應(yīng)性反饋系數(shù)。*已知β