2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核裂變過程中的核廢物處理方案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述核裂變過程中產(chǎn)生的放射性核廢物的初始組成，并指出其主要來源。二、根據(jù)放射性核素的半衰期和放射毒性，簡述高放廢物（HLW）、中放廢物（ILW）和低放廢物（LLW）的主要區(qū)別。在實際處理中，這種分類有何意義？三、解釋什么是乏燃料（SpentFuel）。為何不能直接將其視為高放廢物進(jìn)行長期處置，而需要先進(jìn)行儲存和處理？四、描述深地質(zhì)處置（深埋法）的基本原理。為實現(xiàn)長期安全處置，需要解決哪些關(guān)鍵技術(shù)問題？（請至少列舉三項）五、什么是核廢料的后處理（Reprocessing）？其主要目標(biāo)是什么？后處理技術(shù)可能帶來哪些潛在的好處和挑戰(zhàn)？六、簡述玻璃固化技術(shù)用于高放廢物處置的基本原理及其優(yōu)勢。與陶瓷固化相比，玻璃固化在哪些方面可能存在不足？七、解釋加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)（Accelerator-DrivenSystem,ADS）的概念及其在核廢物處理（特別是嬗變長壽命核素）方面的潛在作用。ADS面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是什么？八、核廢料處理過程中，輻射防護(hù)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。請闡述在核廢物儲存、運輸和處置等不同階段，需要采取哪些主要的輻射防護(hù)措施？九、核廢料的安全處置是一個涉及科學(xué)、工程、環(huán)境、社會和倫理等多個層面的復(fù)雜問題。請就核廢料深地質(zhì)處置的社會接受度問題，分析可能存在的顧慮，并提出至少兩點提高公眾接受度的潛在途徑。試卷答案一、答案：核裂變過程中產(chǎn)生的放射性核廢物主要包括：①裂變碎片（具有不同質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)的原子核）；②裂變中子；③中子俘獲產(chǎn)生的次級放射性核素（如鍶-90、銫-137、碘-131等）。主要來源是核反應(yīng)堆中鈾-235或钚-239等核燃料發(fā)生裂變產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物以及未能裂變的燃料核和由中子俘獲形成的其他放射性物質(zhì)。解析思路：考察對核裂變直接產(chǎn)物和間接產(chǎn)物的理解。直接產(chǎn)物是裂變本身產(chǎn)生的裂變碎片和中子。間接產(chǎn)物是裂變中子轟擊反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑或未裂變的燃料核等，經(jīng)過俘獲中子后形成的次級放射性核素?；卮鹦韬w主要類別和來源。二、答案：區(qū)別在于：①放射性核素的半衰期和放射毒性。HLW半衰期長、毒性大；ILW半衰期較短、毒性中等；LLW半衰期短、毒性低。②處置要求。HLW需要長期（數(shù)萬至數(shù)十萬年以上）安全處置；ILW可考慮中等期限（數(shù)百年）處置；LLW可短期（數(shù)十至數(shù)百年）或近場處置。分類意義在于：便于根據(jù)核素的特性，采用差異化的處理、儲存和處置策略，優(yōu)化資源利用（如HLW后處理），并有效控制輻射風(fēng)險，實現(xiàn)安全、經(jīng)濟和環(huán)保的管理。解析思路：考察對廢物分類標(biāo)準(zhǔn)的理解和分類意義的把握。需明確分類依據(jù)（半衰期、毒性），描述各類廢物的典型特征，并闡述分類對于后續(xù)管理（處理、儲存、處置策略、資源利用、風(fēng)險控制）的實際價值。三、答案：乏燃料是核反應(yīng)堆運行一段時間后用過的核燃料，其主要成分是未裂變的鈾、钚，以及大量的短壽命和長壽命裂變產(chǎn)物。不能直接處置為HLW的主要原因是：①乏燃料具有高放射性和強中子源特性，直接處置會帶來持續(xù)的輻射熱和潛在的中子活化問題，對處置庫結(jié)構(gòu)材料造成損傷；②其中的長壽命核素（如鈾-238、钚-239、次錒系元素等）的半衰期很長，若直接長期儲存，這些核素本身及其衰變子體仍構(gòu)成顯著的長期放射性風(fēng)險，不符合HLW的長期隔離要求；③先儲存使短壽命核素衰變，降低總放射性，同時為后續(xù)可能的后處理（回收鈾、钚等資源，或進(jìn)一步嬗變長壽命核素）提供了可能。解析思路：考察對乏燃料成分和直接處置困難原因的理解。需指出乏燃料的組成特點，并從輻射熱、中子源、長壽命核素殘留風(fēng)險以及資源回收潛力等角度，解釋為何需要先儲存而非直接作為HLW處置。四、答案：基本原理是將高放廢物封裝在耐腐蝕的容器中，并埋入地下數(shù)百米深處穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造（如花崗巖、鹽巖）中，利用地質(zhì)體長期隔離廢物，使其與人類環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)隔離。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題包括：①高效可靠的廢物形式和封裝技術(shù)，確保長期（數(shù)萬年甚至更長）內(nèi)容器不泄漏、廢物不浸出；②長期監(jiān)測技術(shù)，確保地質(zhì)體穩(wěn)定性、包殼完整性及廢物浸出風(fēng)險可控；③穩(wěn)定、低滲透性的長期處置庫選址、開挖、建造和封庫技術(shù)；④廢物運輸過程中的安全防護(hù)與應(yīng)急措施。解析思路：考察對深地質(zhì)處置核心概念和關(guān)鍵技術(shù)難點的掌握。需準(zhǔn)確描述其隔離原理，并列出為實現(xiàn)長期安全所需克服的關(guān)鍵工程和技術(shù)挑戰(zhàn)。五、答案：核廢料的后處理是指從用過的核燃料（乏燃料）或高放廢液中，通過物理或化學(xué)方法分離和提取出鈾、钚等有價值的次級資源（如可裂變的钚），并將分離出來的高放廢物（主要是長壽命放射性核素）進(jìn)一步固化處置的技術(shù)過程。主要目標(biāo)是：①回收鈾、钚等資源，提高核燃料的利用效率，減少最終需要處置的HLW體積（特別是長壽命核素）；②降低HLW的長期放射性風(fēng)險，特別是減少對地質(zhì)處置庫要求的高放射性水平隔離時間。潛在好處是資源回收和降低長期風(fēng)險。挑戰(zhàn)包括：技術(shù)復(fù)雜、成本高昂、處理過程中可能產(chǎn)生新的放射性物質(zhì)（如分離過程中產(chǎn)生的次級放射性核素或活化產(chǎn)物）、存在核擴散風(fēng)險（钚的分離）、以及公眾接受度問題。解析思路：考察對后處理定義、目標(biāo)和利弊的理解。需清晰解釋什么是后處理，說明其主要目的（資源回收、減容降風(fēng)險），并能夠分析其帶來的好處以及面臨的技術(shù)、經(jīng)濟、安全（核擴散）和社會接受度等挑戰(zhàn)。六、答案：玻璃固化技術(shù)是將高放廢液中的放射性核素與玻璃形成劑（如硅酸鈉、硼砂等）在高溫下反應(yīng)，形成穩(wěn)定、透明或半透明的玻璃固相。其優(yōu)勢在于：①固化后廢物呈玻璃態(tài)，結(jié)構(gòu)致密，化學(xué)穩(wěn)定性好，能有效阻止放射性核素向環(huán)境遷移；②技術(shù)相對成熟，已有商業(yè)化應(yīng)用經(jīng)驗（如法國、英國）；③處置庫建設(shè)相對簡單，對地質(zhì)要求不如陶瓷固化苛刻。不足之處可能包括：①對于某些核素（如長壽命碘）的包容性不如陶瓷；②玻璃可能存在一定的輻射脆性；③在極高輻照條件下長期穩(wěn)定性可能受影響；④玻璃固化體可能更易吸附氣態(tài)核素。解析思路：考察對玻璃固化原理、優(yōu)勢及相對不足的理解。需描述玻璃化過程，列舉其作為HLW處置形式的主要優(yōu)點，并能夠指出與陶瓷固化等相比可能存在的局限性或缺點。七、答案：加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)（ADS）是一種將高能加速器產(chǎn)生的中子注入一個次臨界材料（主要是含钚或鈾的核材料）的反應(yīng)裝置。其潛在作用是利用加速器中子源的高強度和中子譜特性，在次臨界堆芯中實現(xiàn)長壽命放射性核素（特別是錒系元素，如鈾-233、钚-239、镎-239等）的有效嬗變（轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定核素或短壽命核素）。ADS通過“加速器停機，反應(yīng)堆停堆”（ASDS）模式，可以在加速器關(guān)閉后，由次級中子源（如自發(fā)裂變核料或裂變堆殘留中子）繼續(xù)維持嬗變過程一段時間，從而實現(xiàn)更徹底的核廢料處理。主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：①高能中子源的設(shè)計、建造和長期穩(wěn)定運行；②如何有效將加速器中子傳遞到次臨界堆芯并實現(xiàn)高效嬗變；③次臨界堆芯的工程設(shè)計與長期運行穩(wěn)定性；④確保反應(yīng)堆在次臨界狀態(tài)下絕對安全，防止失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；⑤成本問題。解析思路：考察對ADS概念、工作原理及其潛在應(yīng)用和挑戰(zhàn)的理解。需解釋ADS如何利用加速器中子進(jìn)行嬗變，說明其優(yōu)點（如ASDS模式），并列出實現(xiàn)ADS面臨的主要工程、物理和安全難題。八、答案：核廢物處理全鏈條的輻射防護(hù)措施包括：①儲存階段：建造符合標(biāo)準(zhǔn)的儲存庫，實施有效的屏蔽（如混凝土屏蔽墻、水屏蔽等）以減少外照射；對儲存容器和設(shè)施進(jìn)行定期監(jiān)測；對工作人員進(jìn)行劑量監(jiān)測和健康管理；制定嚴(yán)格的庫區(qū)出入管理和人員操作規(guī)程。②運輸階段：使用專用的、具有足夠屏蔽能力的運輸容器；優(yōu)化運輸路線和時間，避開人口密集區(qū)；配備輻射監(jiān)測設(shè)備，確保運輸過程中的輻射安全；制定應(yīng)急預(yù)案。③處置階段：確保處置庫設(shè)計和建造具有長期可靠性，能有效隔離廢物并控制輻射場；對進(jìn)入處置庫的人員和設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格屏蔽和監(jiān)測；實施遠(yuǎn)程操作和機器人技術(shù)以減少人員直接暴露；長期進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測和潛在事件應(yīng)急準(zhǔn)備。貫穿始終的是輻射劑量評估、個人劑量計佩戴與管理、以及持續(xù)的職業(yè)健康監(jiān)護(hù)。解析思路：考察對輻射防護(hù)原則在核廢物處理不同環(huán)節(jié)應(yīng)用的掌握。需結(jié)合儲存、運輸、處置等具體場景，列舉相應(yīng)的屏蔽、監(jiān)測、管理、工程控制等措施，體現(xiàn)輻射防護(hù)的綜合性。九、答案：核廢料深地質(zhì)處置可能存在的顧慮主要包括：①對地質(zhì)長期穩(wěn)定性的擔(dān)憂，害怕地震、地下水變化等可能導(dǎo)致處置庫泄漏；②對廢物包殼長期可靠性的疑慮，擔(dān)心材料老化或腐蝕；③對核素長期泄漏進(jìn)入地下水系并擴散到環(huán)境的恐懼，即使概率很低；④對處置庫選址可能引發(fā)的本地居民反對和征地問題的不滿；⑤對核能行業(yè)整體的不信任感，擔(dān)心處置是“推諉責(zé)任”或未來可能后悔的選擇；⑥缺乏透明公開的溝通和對公眾知情權(quán)的尊重。提高公眾接受度的途徑可能包括：①堅持科學(xué)、透明、公開的溝通，定期向公眾發(fā)布相關(guān)信息，