2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核反應(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在核反應(yīng)堆堆芯中，實現(xiàn)中子慢化功能的主要材料是？(A)核燃料(B)控制棒(C)慢化劑(D)冷卻劑2.使核反應(yīng)堆從臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閬喤R界狀態(tài)，以實現(xiàn)有效控制反應(yīng)堆功率下降或停堆的主要手段是？(A)增加慢化劑(B)提高中子源強度(C)插入或移動控制棒(D)降低冷卻劑溫度3.核反應(yīng)堆安全殼的主要功能是？(A)實現(xiàn)中子經(jīng)濟(B)保持反應(yīng)堆熱平衡(C)防止放射性物質(zhì)外泄，保護工作人員和環(huán)境(D)引導(dǎo)中子進行有效裂變4.與壓水堆（PWR）相比，沸水堆（BWR）的主要區(qū)別在于？(A)使用重水作為慢化劑(B)一回路和二回路流體不分離(C)使用石墨作為慢化劑(D)采用自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)5.核燃料在反應(yīng)堆中經(jīng)過一段時間后需要更換，這部分稱為？(A)新燃料(B)乏燃料(C)核廢料(D)慢化劑6.核反應(yīng)堆中，用于吸收中子以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率或?qū)崿F(xiàn)停堆的關(guān)鍵部件是？(A)中子源(B)控制棒(C)慢化劑(D)冷卻劑7.在核反應(yīng)堆熱工水力分析中，一回路通常指？(A)反應(yīng)堆冷卻劑和二回路工質(zhì)組成的循環(huán)系統(tǒng)(B)冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)的流動循環(huán)(C)一回路冷卻劑與外部環(huán)境的熱交換系統(tǒng)(D)反應(yīng)堆堆芯與穩(wěn)壓器之間的連接系統(tǒng)8.核電站利用核能發(fā)電的核心設(shè)備是？(A)核反應(yīng)堆(B)發(fā)電機(C)變壓器(D)輸電線路9.核動力潛艇能夠長時間潛航的主要原因是？(A)潛艇具有良好的水下密封性(B)核反應(yīng)堆提供的能源不受燃料補給限制(C)潛艇采用了特殊的推進系統(tǒng)(D)潛艇內(nèi)部空間利用率高10.利用核反應(yīng)堆生產(chǎn)醫(yī)用同位素（如碘-131）屬于核反應(yīng)堆技術(shù)的哪種應(yīng)用？(A)核能發(fā)電(B)核動力應(yīng)用(C)同位素應(yīng)用(D)空間核應(yīng)用二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題中的橫線上）1.核反應(yīng)堆的臨界狀態(tài)是指反應(yīng)堆中鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)能夠_________的狀態(tài)。2.慢化劑在核反應(yīng)堆中的作用是_________中子速度，使其成為熱中子。3.控制棒通常由能強烈吸收中子的材料（如_______）制成。4.核反應(yīng)堆的三道安全屏障通常指_________、包殼和反應(yīng)堆安全殼。5.核燃料循環(huán)主要包括鈾礦開采、_________、核反應(yīng)堆使用、乏燃料后處理和放射性廢物處置等環(huán)節(jié)。6.核電站的冷卻系統(tǒng)通常分為一回路和二回路，其中一回路流動的是_________。7.核動力船舶（如核潛艇）利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能通過熱交換器加熱二回路工質(zhì)，使其變成蒸汽推動汽輪機發(fā)電。8.在核反應(yīng)堆物理中，反應(yīng)堆啟動過程是指反應(yīng)堆從_________狀態(tài)達到臨界并建立穩(wěn)定功率的過程。9.為了防止核擴散，國際社會建立了_________機制對核材料進行監(jiān)控。10.快堆是一種使用快中子作為慢化劑的核反應(yīng)堆，它能夠_________。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述核反應(yīng)堆中控制棒的作用原理。2.簡述核反應(yīng)堆安全系統(tǒng)（如ECCS）的主要組成部分及其基本功能。3.簡述核電站一回路和二回路的主要區(qū)別。4.簡述核動力潛艇與普通動力潛艇相比的主要優(yōu)勢。四、計算題（每小題10分，共20分。請列出必要的公式、計算步驟和結(jié)果）1.某核反應(yīng)堆堆芯體積為1000m3，平均中子注量率為1×1012n/cm2·s。假設(shè)該反應(yīng)堆的宏觀裂變截面Σf=0.05cm?1，宏觀吸收截面Σa=0.02cm?1（包括裂變吸收和其他吸收）。求該堆芯的宏觀增殖系數(shù)k∞和反應(yīng)堆的功率密度（以W/m3計，假設(shè)每個裂變釋放的能量為200MeV）。2.一個壓水堆的反應(yīng)堆堆芯直徑為4米，高2米。假設(shè)平均熱功率密度為1.5×10?W/m3。求該堆芯的總功率輸出是多少兆瓦（MW）？五、論述題（10分。請結(jié)合所學(xué)知識，圍繞核反應(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)用或安全，進行論述）結(jié)合當(dāng)前能源形勢和環(huán)境保護要求，論述發(fā)展先進核反應(yīng)堆技術(shù)（如小型模塊化反應(yīng)堆SMR、高溫氣冷堆等）的意義和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(C)4.(B)5.(B)6.(B)7.(B)8.(A)9.(B)10.(C)二、填空題1.可持續(xù)進行2.減速3.鈾-棒狀控制棒（或鋇-鋇化合物）4.燃料芯塊5.燃料制造6.一回路冷卻劑（或核反應(yīng)堆冷卻劑）7.安全殼8.非臨界或亞臨界9.聯(lián)合國原子能機構(gòu)（或IAEA）10.實現(xiàn)核燃料的閉式循環(huán)（或增殖）三、簡答題1.控制棒通過吸收中子來減少反應(yīng)堆內(nèi)的中子數(shù)量。插入控制棒時，吸收中子的截面積增大，導(dǎo)致中子源強度與中子總數(shù)之比（即中子增殖因子）小于1，使反應(yīng)堆進入亞臨界狀態(tài)，功率下降或停止。拔出控制棒時，吸收中子截面積減小，中子增殖因子增大，反應(yīng)堆功率上升。2.核反應(yīng)堆安全系統(tǒng)（如ECCS）通常包括：應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)（ECCS），用于在主冷卻系統(tǒng)失效時向堆芯提供大量應(yīng)急冷卻水；安全殼噴淋系統(tǒng)，用于冷卻安全殼外部，防止其因高溫失效；安全電源，為上述系統(tǒng)提供可靠的電力支持。其基本功能是在事故工況下保護堆芯不熔化、防止放射性物質(zhì)大量泄漏到環(huán)境中。3.一回路是核反應(yīng)堆內(nèi)部直接與核燃料和裂變產(chǎn)物接觸的冷卻劑循環(huán)回路，其主要功能是傳遞核反應(yīng)釋放的熱量。二回路是不直接接觸核燃料的冷卻劑循環(huán)回路，它通過一回路的熱交換器吸收熱量，將熱量傳遞給汽輪機，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。兩者的主要區(qū)別在于是否直接接觸核燃料、工質(zhì)（冷卻劑）的種類以及功能（熱量傳遞vs熱能轉(zhuǎn)換）。4.核動力潛艇的主要優(yōu)勢在于其能源不受限制。核反應(yīng)堆提供的功率遠高于傳統(tǒng)柴油機或柴油機+蓄電池的動力系統(tǒng)，使得潛艇可以長時間潛航而不需要加燃料，極大地提高了作戰(zhàn)隱蔽性和續(xù)航力。四、計算題1.解：宏觀增殖系數(shù)k∞=(Σf-Σa)/Σa=(0.05-0.02)/0.02=0.03/0.02=1.5反應(yīng)堆功率密度P=Φ*Σf*ε其中Φ=1×1012n/cm2·s=1×102?n/m2ε=200MeV/n裂變=200×10?eV/n裂變=200×10?×1.6×10?1?J/n裂變=3.2×10?12J/n裂變P=1×102?n/m2*0.05cm?1*3.2×10?12J/n裂變*(1m/100cm)?=1×102?*0.05*10??*3.2×10?12J/m3=8.0×1011J/m3/s=8.0×10?W/m3總功率輸出P_total=P*V=8.0×10?W/m3*1000m3=8.0×1011W=800MW答：宏觀增殖系數(shù)k∞為1.5，堆芯總功率輸出為800MW。2.解：堆芯體積V=π*(D/2)2*H=π*(4m/2)2*2m=π*22*2m3=8πm3≈25.13m3總功率輸出P=P_d*V=1.5×10?W/m3*25.13m3=3.7695×10?W=376.95MW答：該堆芯的總功率輸出約為376.95MW。五、論述題發(fā)展先進核反應(yīng)堆技術(shù)對于應(yīng)對全球能源需求增長和氣候變化挑戰(zhàn)具有重要意義。先進堆（如SMR）具有體積小、模塊化、建設(shè)周期短、