2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核能發(fā)展與可再生能源考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種放射性衰變方式會(huì)使得原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都發(fā)生變化？A.α衰變B.β?衰變C.β?衰變D.γ衰變2.核能釋放的主要依據(jù)是原子核的？A.電離能B.結(jié)合能C.質(zhì)子數(shù)D.中子數(shù)3.在核裂變反應(yīng)中，重核（如鈾-235）吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變，通常會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)較輕的原子核、若干個(gè)中子以及？A.電子B.質(zhì)子C.γ射線D.α粒子4.目前商業(yè)運(yùn)行的核電站，其核能利用主要基于？A.核聚變反應(yīng)B.放射性同位素衰變發(fā)熱C.核裂變反應(yīng)D.核燃料燃燒5.核電站中，用于將核反應(yīng)釋放的熱量傳遞到冷卻劑的設(shè)備是？A.核反應(yīng)堆堆芯B.控制棒C.一回路D.汽輪機(jī)6.為防止核材料非法擴(kuò)散，國(guó)際社會(huì)采取的重要措施之一是？A.加強(qiáng)核廢料深地質(zhì)處置研發(fā)B.推廣核能的公眾科普宣傳C.簽署和執(zhí)行《不擴(kuò)散核武器條約》D.加速核聚變商業(yè)示范堆的建設(shè)7.核廢料長(zhǎng)期安全處置面臨的主要挑戰(zhàn)是？A.廢料體積巨大B.廢料具有放射性，需長(zhǎng)期隔離C.處置成本高昂D.以上都是8.在比較核能與可再生能源時(shí)，下列哪項(xiàng)是核能通常被認(rèn)為的優(yōu)勢(shì)？A.資源分布廣泛，可近海利用B.運(yùn)行過程中不產(chǎn)生溫室氣體排放C.技術(shù)成熟度極高，成本持續(xù)下降D.儲(chǔ)量有限，存在燃料耗盡問題9.能夠直接利用太陽(yáng)能光熱發(fā)電的技術(shù)是？A.風(fēng)力發(fā)電B.水力發(fā)電C.光伏發(fā)電D.地?zé)岚l(fā)電10.核聚變能被視為未來理想的清潔能源，其主要優(yōu)勢(shì)在于？A.資源（氘、氚）來源廣泛且易獲取B.燃料循環(huán)過程不產(chǎn)生長(zhǎng)壽命放射性核廢料C.能量密度遠(yuǎn)高于核裂變D.以上都是二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.原子核的放射性是指原子核自發(fā)地放出______、______或______而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的現(xiàn)象。2.根據(jù)核力性質(zhì)，原子核內(nèi)的核力是______力，作用范圍約為______femtometer（飛米）。3.標(biāo)識(shí)核反應(yīng)方程需要遵循質(zhì)量數(shù)守恒和______守恒定律。4.核電站的核安全文化強(qiáng)調(diào)______、______和______。5.核能發(fā)展面臨的主要公眾接受度挑戰(zhàn)之一源于對(duì)______的擔(dān)憂。6.可再生能源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、______和地?zé)崮艿取?.比較核裂變與核聚變，前者主要利用______作為燃料，后者主要利用______和______作為燃料。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述核裂變反應(yīng)鏈自持的條件。2.簡(jiǎn)述核廢料深地質(zhì)處置的基本概念及其面臨的社會(huì)爭(zhēng)議。3.簡(jiǎn)述核能發(fā)展與可再生能源發(fā)展在滿足全球氣候變化目標(biāo)方面各自的作用。4.簡(jiǎn)述ITER項(xiàng)目在核聚變研究中的主要目標(biāo)。四、計(jì)算題（共10分）已知鈾-238的半衰期T?約為4.51×10?年。假設(shè)一個(gè)核反應(yīng)堆每年消耗1千克鈾-238，其中約3%的鈾-238發(fā)生裂變（其余主要是鈾-235裂變和未裂變的鈾-238衰變）。請(qǐng)估算該反應(yīng)堆每年因鈾-238自身衰變產(chǎn)生的錒系衰變產(chǎn)物（不計(jì)裂變產(chǎn)物）的放射性活度（單位：貝可勒爾Bq）。假設(shè)衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?。五、論述題（共25分）當(dāng)前，全球能源轉(zhuǎn)型加速，核能和可再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能）在能源結(jié)構(gòu)中的角色和定位備受關(guān)注。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，論述核能在發(fā)展可再生能源背景下所面臨的機(jī)遇、挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.C5.C6.C7.D8.B9.C10.D二、填空題1.α粒子；β粒子；γ射線2.強(qiáng)；約1.53.電荷數(shù)（或質(zhì)子數(shù)）4.領(lǐng)導(dǎo)層承諾；安全文化；個(gè)人責(zé)任5.核事故6.地?zé)崮?.鈾-235；氘；氚三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要持續(xù)進(jìn)行，必須保證每次裂變產(chǎn)生的中子中，至少有一個(gè)能引起下一次裂變。這要求裂變中子數(shù)量不衰減或增加。答案：核裂變反應(yīng)鏈自持的條件是，反應(yīng)堆中每次核裂變平均產(chǎn)生的中子數(shù)（即中子增殖因子k）等于或大于1。這意味著至少有一個(gè)中子能夠成功引發(fā)下一次核裂變，從而維持持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。2.解析思路：深地質(zhì)處置是將高放射性核廢料埋藏在地下數(shù)百米深處穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造中，使其與人類環(huán)境和生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)期隔離。社會(huì)爭(zhēng)議主要圍繞其對(duì)環(huán)境和人類健康的長(zhǎng)期影響、公眾信任以及處置地點(diǎn)的選擇等問題。答案：核廢料深地質(zhì)處置是將產(chǎn)生的高放射性核廢料封裝后，將其埋藏在地下深處（通常數(shù)百米）的穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造中，利用地質(zhì)屏障和環(huán)境屏障長(zhǎng)期隔離核廢料，防止其泄漏到地表環(huán)境。面臨的社會(huì)爭(zhēng)議主要包括：對(duì)長(zhǎng)期安全性的擔(dān)憂、對(duì)潛在環(huán)境影響的恐懼、處置地點(diǎn)選擇的社會(huì)和政治阻力、以及公眾對(duì)政府和核能產(chǎn)業(yè)的信任問題。3.解析思路：核能通過核裂變（目前主流）發(fā)電，過程幾乎不產(chǎn)生溫室氣體，有助于減排?？稍偕茉粗苯永米匀荒茉?，也是清潔能源。兩者結(jié)合可以互補(bǔ)，提高能源系統(tǒng)穩(wěn)定性和低碳化水平。答案：核能發(fā)展在滿足全球氣候變化目標(biāo)方面主要通過其發(fā)電過程的低碳性來實(shí)現(xiàn)，核裂變發(fā)電幾乎不排放二氧化碳等溫室氣體?？稍偕茉窗l(fā)展則通過直接利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等自然能源替代化石燃料，減少碳排放。兩者結(jié)合可以提供穩(wěn)定（核能）與波動(dòng)（可再生能源）互補(bǔ)的清潔電力，共同推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)向低碳化轉(zhuǎn)型。4.解析思路：ITER（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆）是當(dāng)前全球最大的核聚變研究項(xiàng)目，旨在驗(yàn)證聚變能量的科學(xué)可行性和工程可行性，為未來的聚變商業(yè)發(fā)電堆提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)和技術(shù)驗(yàn)證。答案：ITER項(xiàng)目的主要目標(biāo)是進(jìn)行大型托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)，通過建造一個(gè)接近商業(yè)堆規(guī)模的聚變實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證聚變能量的科學(xué)原理（如等離子體約束、能量增益）和關(guān)鍵工程技術(shù)的可行性，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為未來建設(shè)聚變商業(yè)示范堆奠定基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)聚變能的和平利用。四、計(jì)算題答案：1.15×10?Bq解析思路：1.計(jì)算鈾-238的衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?≈1.54×10?1?s?1。2.計(jì)算每年鈾-238因衰變產(chǎn)生的新原子核數(shù)量（近似等于發(fā)生衰變的數(shù)量）。*鈾-238年衰變數(shù)=初始量×(1-e?λt)≈初始量×λt（當(dāng)λt遠(yuǎn)小于1時(shí)）*初始鈾-238核數(shù)≈1kg/(238g/mol)×6.022×1023mol?1≈2.53×102?個(gè)*年衰變數(shù)≈2.53×102?個(gè)×1.54×10?1?s?1×3.15×10?s/yr≈9.74×101?個(gè)3.計(jì)算這些衰變產(chǎn)生的放射性活度。*活度A=衰變常數(shù)λ×核數(shù)N*A≈1.54×10?1?s?1×9.74×101?個(gè)≈1.50×10?Bq4.考慮到每年消耗的1kg鈾中，只有約3%的鈾-238發(fā)生裂變，其余97%的鈾-238及其裂變產(chǎn)物仍存在。題目要求計(jì)算的是鈾-238自身衰變產(chǎn)生的活度，這部分占總體衰變的比例約為97%/(100%-3%)≈0.970。因此，最終活度約為1.50×10?Bq/0.970≈1.55×10?Bq。四舍五入或根據(jù)題目要求保留有效數(shù)字，得到1.15×10?Bq。（注：計(jì)算過程中簡(jiǎn)化了裂變產(chǎn)物的衰變貢獻(xiàn)，實(shí)際計(jì)算更復(fù)雜，此為簡(jiǎn)化估算）五、論述題答案：核能作為重要的基荷電力來源，在發(fā)展可再生能源的背景下，其角色和前景呈現(xiàn)出新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。機(jī)遇：1.保障能源供應(yīng)與穩(wěn)定性：可再生能源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能）具有間歇性和波動(dòng)性，大規(guī)模發(fā)展需要穩(wěn)定可靠的基荷電力來支撐電網(wǎng)平衡。核能具有運(yùn)行穩(wěn)定、出力可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，能夠有效彌補(bǔ)可再生能源的不足，保障能源供應(yīng)的連續(xù)性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.提高能源系統(tǒng)低碳化水平：核能發(fā)電過程幾乎不產(chǎn)生溫室氣體排放，是當(dāng)前除可再生能源外最有效的低碳電力來源。在可再生能源發(fā)電成本持續(xù)下降的同時(shí)，核能在滿足碳減排目標(biāo)方面仍具有不可替代的作用，尤其是在需要快速降低化石能源比例的地區(qū)。3.協(xié)同發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步：核能與可再生能源在電網(wǎng)中可以相互調(diào)節(jié)。例如，核電站可提供儲(chǔ)能或快速響應(yīng)能力（如結(jié)合先進(jìn)堆型），為可再生能源提供支持。同時(shí)，核工業(yè)的技術(shù)積累（如材料科學(xué)、安全工程）對(duì)可再生能源技術(shù)發(fā)展也可能有所借鑒。4.緩解對(duì)化石能源的依賴：發(fā)展核能有助于減少對(duì)煤炭、天然氣等化石能源的依賴，降低地緣政治風(fēng)險(xiǎn)和價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提升國(guó)家能源安全。挑戰(zhàn)：1.核安全與公眾接受度：核電站一旦發(fā)生嚴(yán)重事故，可能造成嚴(yán)重的環(huán)境和健康影響，對(duì)公眾心理和社會(huì)接受度構(gòu)成嚴(yán)峻考驗(yàn)。盡管現(xiàn)代核電站安全水平很高，但核事故的記憶和核廢料處理的長(zhǎng)期性問題依然是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。2.核廢料處理：核裂變產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命放射性核廢料需要被安全隔離數(shù)萬年以上。深地質(zhì)處置技術(shù)尚未在所有國(guó)家得到普遍實(shí)施，面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和巨大的社會(huì)政治阻力。3.核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)：核材料和技術(shù)擴(kuò)散用于非和平目的的風(fēng)險(xiǎn)是國(guó)際社會(huì)普遍擔(dān)憂的問題。在發(fā)展核能的同時(shí)，必須加強(qiáng)核安保和核不擴(kuò)散措施。4.經(jīng)濟(jì)性與競(jìng)爭(zhēng)力：核電站建設(shè)投資巨大，建設(shè)周期長(zhǎng)，面臨來自成本更低、發(fā)展更快的可再生能源的競(jìng)爭(zhēng)。如何通過技術(shù)進(jìn)步（如先進(jìn)反應(yīng)堆）降低成本、提高經(jīng)濟(jì)性是核能發(fā)展的重要課題。5.資源限制與可持續(xù)性：鈾資源作為核裂變?nèi)剂鲜怯邢薜?，雖然存在先進(jìn)燃料循環(huán)技術(shù)，但其經(jīng)濟(jì)性和可行性仍有待驗(yàn)證。核聚變雖前景廣闊，但距離商業(yè)化應(yīng)用仍有很長(zhǎng)的路要走。未來發(fā)展方向：1.發(fā)展先進(jìn)核能技術(shù)：研發(fā)和部署更安全、更經(jīng)濟(jì)、更靈活的先進(jìn)反應(yīng)堆，如小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）、高溫氣冷堆、快堆、以及未來的核聚變示范堆和商業(yè)化堆。先進(jìn)堆型有望解決傳統(tǒng)壓水堆的一些固有缺點(diǎn)，提高安全性，簡(jiǎn)化廢料處理，并增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。2.優(yōu)化核能與可再生能源的協(xié)同：加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)，利用核能的穩(wěn)定性支撐大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)，探索