2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核反應(yīng)堆的廢水處理和凈化技術(shù)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)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種核素是核反應(yīng)堆一回路中冷卻劑常見的放射性雜質(zhì)？A.氚(Tritium)B.銫-137(Cs-137)C.鍶-90(Sr-90)D.钚-239(Pu-239)2.對(duì)于處理低濃度放射性離子廢水，下列哪種方法通常具有最高的選擇性和去除率？A.蒸發(fā)B.混凝沉淀C.電滲析D.離子交換3.在核廢水處理中，反滲透技術(shù)的核心作用原理是利用什么來分離水分子和溶解在水中的溶質(zhì)？A.電化學(xué)沉淀B.活性炭吸附C.滲透壓驅(qū)動(dòng)下的膜選擇性截留D.混凝反應(yīng)4.下列哪種核素通常在核反應(yīng)堆二回路廢水中含量較高，且是常規(guī)水處理方法（如反滲透）難以有效去除的？A.碘-131(I-131)B.氙-133(Xe-133)C.鈉-24(Na-24)D.氯-36(Cl-36)5.活性炭在核廢水處理中，其去除放射性核素的主要機(jī)制是？A.離子交換吸附B.化學(xué)沉淀反應(yīng)C.活性炭表面的物理吸附和化學(xué)吸附D.膜分離作用6.核反應(yīng)堆事故排水通常具有極高的放射性水平和復(fù)雜的核素組成，處理這類廢水的主要挑戰(zhàn)在于？A.處理成本過高B.難以實(shí)現(xiàn)高去除率C.需要處理大量低濃度廢水D.對(duì)設(shè)備材質(zhì)提出苛刻要求7.蒸發(fā)法處理核廢水的主要缺點(diǎn)是？A.投資成本高B.能耗大C.產(chǎn)生的濃縮液處理困難D.處理效率低8.選擇核廢水處理工藝時(shí)，需要優(yōu)先考慮的首要因素通常是？A.技術(shù)的先進(jìn)性B.處理后的排放標(biāo)準(zhǔn)或最終處置要求C.投資成本最低D.操作人員技能要求最低9.離子交換法適用于去除廢水中哪種類型的放射性核素？A.氣態(tài)核素B.重金屬離子C.氧化態(tài)核素D.堿金屬離子10.對(duì)于需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存或最終處置的核廢液，常用的固化方法是？A.混凝沉降B.膜濃縮C.玻璃固化或陶瓷固化D.活性炭吸附二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.核反應(yīng)堆廢水通常根據(jù)其放射性水平分為______、______和______三類。2.膜分離技術(shù)中的反滲透（RO）過程在濃差極化現(xiàn)象下，會(huì)導(dǎo)致膜污染，其主要原因是水中______、______和______在膜表面沉積。3.活性炭對(duì)放射性核素的吸附效果通常受______、______和______等因素影響。4.離子交換樹脂的選擇應(yīng)考慮其對(duì)目標(biāo)離子的______、______以及再生性能和穩(wěn)定性。5.核廢水處理過程中，為了防止操作人員受到內(nèi)照射，需要采取有效的______和______措施。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分。）1.簡(jiǎn)述核反應(yīng)堆一回路和二回路廢水的來源及其主要的放射性核素差異。2.簡(jiǎn)述物理法（蒸發(fā)和膜分離）在核廢水處理中的應(yīng)用特點(diǎn)和適用范圍。3.簡(jiǎn)述核廢水處理中，選擇合適的處理工藝需要考慮哪些主要因素。四、計(jì)算題（共15分。）某核電站二回路排水流量為50m3/h，經(jīng)在線監(jiān)測(cè)，廢水中含氯離子（Cl?）濃度為150mg/L（質(zhì)量濃度）。若采用電滲析法處理，假設(shè)電滲析的脫氯率（去除率）為90%。試計(jì)算：（1）每小時(shí)從廢水中去除的氯離子質(zhì)量（單位：kg/h）。（2）若該廢水處理后需要達(dá)到的氯離子濃度小于10mg/L，電滲析的脫氯率是否滿足要求？五、論述題（共25分。）核反應(yīng)堆運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生多種類型的廢水，具有不同的放射性水平、核素組成和物理化學(xué)特性。試結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述如何根據(jù)廢水的具體來源和特性，選擇合適的預(yù)處理、主要處理單元（核心工藝）以及最終的儲(chǔ)存或處置方式，形成一個(gè)合理、經(jīng)濟(jì)、安全的綜合性廢水處理方案。在論述中，可以提及不同處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用條件。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.C4.C5.C6.B7.B8.B9.B10.C二、填空題1.低放廢水，中放廢水，高放廢水2.無機(jī)鹽，有機(jī)物，膠體3.pH值，離子強(qiáng)度，溫度4.選擇性，容量5.輻射防護(hù)，個(gè)人防護(hù)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分一回路和二回路的運(yùn)行介質(zhì)和功能。一回路直接接觸核燃料，冷卻劑本身帶有放射性，產(chǎn)生的主要是高、中放廢水（如冷卻劑泄漏、事故排放）。二回路不直接接觸燃料，主要污染物是冷卻劑中溶解的微量放射性物質(zhì)或來自一回路微量的放射性，通常為低放廢水。根據(jù)來源區(qū)分其代表性核素。答案：核反應(yīng)堆一回路主要使用冷卻劑（如重水、輕水）直接循環(huán)，冷卻劑本身帶有放射性，因此一回路廢水主要含有冷卻劑及其裂變產(chǎn)物，如氚、碘-131、銫-137、鍶-90等，屬于高、中放廢水。二回路通過蒸汽發(fā)生器與一回路換熱，不直接接觸核燃料，其廢水中放射性物質(zhì)主要來自一回路泄漏或溶解的微量放射性，如鈉-24、氯-36等，通常為低放廢水。2.解析思路：分別闡述蒸發(fā)和膜分離（以反滲透為例）的基本原理、特點(diǎn)。蒸發(fā)是物理過程，通過加熱使水蒸發(fā)，留下濃縮物，適用于處理各種廢水，但能耗高，濃縮液處理難。反滲透利用壓力驅(qū)動(dòng)水通過選擇性膜，分離離子和分子，能處理大量廢水，出水水質(zhì)好，但受膜污染影響，且對(duì)特定分子量物質(zhì)有截留極限。答案：蒸發(fā)是利用加熱使廢水中的水分蒸發(fā)，從而達(dá)到濃縮或去除水分的目的，可以處理多種類型的廢水，特別是高鹽廢水，但能耗較大，產(chǎn)生的濃縮液需要進(jìn)一步處理或處置。膜分離技術(shù)（如反滲透）是利用具有選擇性分離功能的薄膜，在外力（如壓力）驅(qū)動(dòng)下，使水分子通過膜孔，而溶解的離子、分子被截留，適用于處理大水量、要求出水水質(zhì)較高的廢水，但存在膜污染問題，需要定期維護(hù)或更換膜元件。3.解析思路：列舉選擇處理工藝時(shí)需綜合考慮的關(guān)鍵因素。包括廢水的具體特性（放射性水平、核素種類、濃度、流量）、處理目標(biāo)和排放/處置標(biāo)準(zhǔn)、各種處理技術(shù)的有效性、經(jīng)濟(jì)性（投資、運(yùn)行成本、能耗）、處理效率、占地面積、運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性（輻射防護(hù)、化學(xué)品安全）、環(huán)境影響以及技術(shù)成熟度和可靠性等。答案：選擇核廢水處理工藝時(shí)需要綜合考慮以下因素：廢水的來源、特性（放射性水平、核素種類與濃度、流量、pH、鹽度等）、處理目標(biāo)和最終排放或處置標(biāo)準(zhǔn)；各種處理技術(shù)的有效性、適用范圍和局限性；工藝流程的經(jīng)濟(jì)性（包括投資成本、運(yùn)行成本、能耗、化學(xué)品消耗等）；處理效率、占地面積、運(yùn)行穩(wěn)定性與自動(dòng)化程度；處理過程中的安全性與環(huán)境影響（如輻射防護(hù)、二次污染）；技術(shù)的成熟度和可靠性；以及現(xiàn)場(chǎng)的具體條件等。四、計(jì)算題（1）解析思路：首先將流量單位換算成體積單位（m3/h），然后將質(zhì)量濃度換算成質(zhì)量（mg/L=mg/m3）。計(jì)算去除量等于流量乘以濃度再乘以去除率。注意單位統(tǒng)一。答案：廢水流量Q=50m3/h。Cl?濃度C=150mg/L=150kg/m3（假設(shè)密度為1kg/L）。脫氯率η=90%=0.9。去除量W=Q×C×η=50m3/h×150kg/m3×0.9=6750kg/h。每小時(shí)從廢水中去除的氯離子質(zhì)量為6.75kg/h。（2）解析思路：根據(jù)計(jì)算出的去除量，可以確定處理后廢水中剩余的Cl?濃度。如果剩余濃度低于10mg/L，則說明90%的脫氯率滿足要求。進(jìn)行反向計(jì)算驗(yàn)證。答案：設(shè)處理后廢水中Cl?濃度為C'。去除量W=(C-C')×Q×η。6750kg/h=(150kg/m3-C')×50m3/h×0.9。150kg/m3-C'=6750kg/h/(50m3/h×0.9)=150kg/m3。C'=150kg/m3-150kg/m3=0kg/m3=0mg/L。計(jì)算結(jié)果顯示處理后廢水中Cl?濃度遠(yuǎn)低于10mg/L。因此，電滲析的脫氯率90%滿足要求。五、論述題解析思路：此題開放性較強(qiáng)，要求全面論述。首先明確核廢水的分類和來源。然后針對(duì)不同類別廢水的主要污染物和特性，分別闡述選擇預(yù)處理方法（如過濾、沉淀、除氚等）的原因。接著，重點(diǎn)論述核心處理單元的選擇，結(jié)合廢水特性（如低放含鹽廢水常用反滲透，中高放廢水可能需要蒸發(fā)+固化等組合工藝），說明選擇不同技術(shù)（蒸發(fā)、膜分離、吸附、離子交換、固化等）的原理和依據(jù)。強(qiáng)調(diào)工藝組合的必要性。最后，論述最終處置方式（如高放廢液玻璃固化后深地質(zhì)處置）的重要性。貫穿始終要體現(xiàn)針對(duì)性、高效性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性原則。答案：核反應(yīng)堆廢水因來源和運(yùn)行狀態(tài)不同，可分為低放廢水、中放廢水和高放廢水，其處理策略需區(qū)別對(duì)待。處理前通常需要進(jìn)行預(yù)處理，以去除大顆粒懸浮物、油污、余氯等，保護(hù)后續(xù)處理設(shè)備并提高處理效率。例如，低放含鹽廢水進(jìn)入反滲透前需進(jìn)行過濾和除氧預(yù)處理；含氚廢水可能需要通過活性炭吸附或電解法除氚。核心處理單元的選擇應(yīng)基于廢水的具體特性。對(duì)于低放含鹽廢水，反滲透（RO）是常用的核心處理技術(shù)，能有效去除鹽分和多種放射性核素，出水可回用或排放。對(duì)于二回路排水的低濃度放射性，有時(shí)也采用離子交換法去除特定離子。中放廢水含有相對(duì)高濃度的放射性核素，通常需要采用蒸發(fā)法濃縮，降低體積，再結(jié)合其他技術(shù)處理。高放廢水放射性水平極高，主要處理目標(biāo)是長(zhǎng)期安全儲(chǔ)存或最終處置。常用的核心處理技術(shù)包括高效蒸發(fā)濃縮和后續(xù)的固化處理，如將濃縮液制成玻璃體或陶瓷體，以實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的長(zhǎng)期隔離。選擇合適的處理工藝組合至關(guān)重要。單一技術(shù)往往難以滿足復(fù)雜的處理需求。例如，對(duì)于一回路事故排水，可能需要快速去除大量放射性物質(zhì)，可能采用蒸發(fā)結(jié)合化學(xué)沉淀或吸附的組合工藝。對(duì)于需要回用的廢水，則需選擇能保證回用水質(zhì)滿足要求的系列處理技術(shù)。最