2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核反應(yīng)堆設(shè)計與安全評估技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在核反應(yīng)堆中，下列哪種截面對中子慢化過程起著決定性作用？A.裂變截面B.俘獲截面C.彈性散射截面D.準彈性散射截面2.標(biāo)準的壓水堆（PWR）通常使用哪種材料作為慢化劑？A.重水（D?O）B.石墨（C）C.氧化鈾（UO?）D.氮氣（N?）3.當(dāng)反應(yīng)堆處于超臨界狀態(tài)時，其反應(yīng)性變化率（δκ/δN）的符號是？A.正B.負C.零D.可正可負4.在核反應(yīng)堆安全分析中，通常將反應(yīng)堆核心分為哪兩個區(qū)域來簡化分析？A.燃料區(qū)和慢化劑區(qū)B.核心區(qū)和反射區(qū)C.冷卻劑區(qū)和控制棒區(qū)D.上層和中層5.下列哪種事故工況與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)失效直接相關(guān)？A.氫氣爆炸B.小破口失水事故（SmallFastFracture,SFF）C.失電事故D.燃料棒熔化6.核數(shù)據(jù)文件ENDF/B主要用于提供哪種信息？A.反應(yīng)堆經(jīng)濟學(xué)數(shù)據(jù)B.核燃料循環(huán)信息C.核反應(yīng)截面和衰變數(shù)據(jù)D.反應(yīng)堆安全法規(guī)7.控制棒在反應(yīng)堆中的作用主要是？A.提供中子源B.吸收中子以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率C.引發(fā)核裂變D.冷卻反應(yīng)堆堆芯8.在反應(yīng)堆熱工水力分析中，沸騰危機主要指哪種現(xiàn)象？A.冷卻劑流量下降B.慢化劑溫度升高C.堆芯出現(xiàn)氣泡導(dǎo)致傳熱惡化D.冷卻劑壓力過高9.安全殼的主要功能是？A.維持反應(yīng)堆臨界B.封閉反應(yīng)堆，防止放射性物質(zhì)外泄C.引導(dǎo)中子輸運D.提供慢化作用10.概率安全分析（PSA）的主要目標(biāo)是？A.計算反應(yīng)堆的功率輸出B.分析反應(yīng)堆可能發(fā)生的故障及其后果的嚴重性和發(fā)生概率C.確定反應(yīng)堆的臨界質(zhì)量D.評估反應(yīng)堆的燃料效率二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題號后的橫線上）1.核反應(yīng)堆中，能使快中子減速到熱中子能量的物質(zhì)稱為________。2.反應(yīng)堆的功率通常通過控制棒插入深度來________。3.核反應(yīng)堆的安全分析需要考慮正常運行工況和________工況。4.用于測量反應(yīng)堆內(nèi)中子注量率的儀器稱為________。5.核數(shù)據(jù)中，反應(yīng)截面隨中子能量變化的曲線稱為________。6.在核反應(yīng)堆設(shè)計中，選擇慢化劑和冷卻劑時需要考慮其________、________和經(jīng)濟性。7.安全裕度是衡量反應(yīng)堆在擾動下維持安全運行能力的重要參數(shù)，通常用________來表示。8.核安全文化強調(diào)在組織中的所有層次建立一種________和________的心態(tài)。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述核裂變反應(yīng)與核聚變反應(yīng)的主要區(qū)別。2.解釋什么是反應(yīng)堆的反應(yīng)性，并說明反應(yīng)性正、負分別代表什么意義。3.簡述核安全分析中“小快速破損”（SFF）分析的基本思路和目的。4.為什么說核數(shù)據(jù)是核反應(yīng)堆設(shè)計與安全評估的基礎(chǔ)？四、計算題（每題10分，共20分）1.某反應(yīng)堆在某一時刻的功率為1000MW，反應(yīng)性為+0.001。假設(shè)反應(yīng)性系數(shù)（每單位功率的反應(yīng)性變化）為-0.001/MW。如果功率增加5%，反應(yīng)性將如何變化？該反應(yīng)堆是否處于穩(wěn)定運行狀態(tài)？（請說明理由）2.假設(shè)一個反應(yīng)堆核心由1000個燃料棒組成，每個燃料棒的有效中子注量率為1×1012n/cm2·s。如果每個中子的裂變平均截面為1barn（1b=10?2?cm2），每個裂變事件釋放的平均能量為200MeV，求該反應(yīng)堆核心的總裂變功率。（注：1eV=1.602×10?1?J，1barn=10?2?cm2）五、論述題（15分）結(jié)合核反應(yīng)堆設(shè)計原理和安全評估的基本要求，論述在反應(yīng)堆設(shè)計中應(yīng)如何體現(xiàn)安全優(yōu)先的原則。請從至少三個方面進行闡述。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.A4.B5.B6.C7.B8.C9.B10.B二、填空題1.慢化劑2.調(diào)節(jié)3.事故4.中子注量率計5.截面圖（或反應(yīng)截面）6.物理性質(zhì)；熱工性能7.安全裕度系數(shù)（或反應(yīng)性安全裕度）8.尊重；責(zé)任三、簡答題1.解析思路：區(qū)分反應(yīng)物種類、能量、反應(yīng)條件、產(chǎn)物及環(huán)境影響。*核裂變：重核（如U-235）吸收中子后分裂成兩個較輕的核，同時釋放中子、γ射線和巨大能量。需中子轟擊引發(fā)，反應(yīng)條件相對易實現(xiàn)（中子源）。產(chǎn)物有放射性，環(huán)境風(fēng)險大。*核聚變：輕核（如H-2）結(jié)合成一個較重的核，同時釋放能量。需極高溫度和壓力條件才能發(fā)生，目前技術(shù)難度大，反應(yīng)產(chǎn)物通常為惰性氣體，環(huán)境友好。2.解析思路：定義反應(yīng)性，解釋其物理意義及正負值代表的堆芯狀態(tài)變化趨勢。*反應(yīng)性：描述反應(yīng)堆中中子源強度變化相對于堆芯平均中子注量率變化的比例，或?qū)е路磻?yīng)堆功率變化一個單位時所需反應(yīng)性的變化量。*反應(yīng)性為正（+）：表示引起功率增加的反應(yīng)過程占主導(dǎo)，堆芯趨向于更加易裂變（超臨界），功率會持續(xù)增長。*反應(yīng)性為負（-）：表示引起功率減少的反應(yīng)過程占主導(dǎo)，堆芯趨向于更加難裂變（次臨界），功率會持續(xù)下降。3.解析思路：描述SFF分析的目標(biāo)和基本方法。*目的：評估反應(yīng)堆在發(fā)生小尺寸、快速發(fā)展的破損時，冷卻劑流出堆芯的速度和堆芯內(nèi)剩余冷卻劑的行為，判斷是否會導(dǎo)致燃料棒過度加熱甚至熔化。*思路：通常采用簡化的流體動力學(xué)模型，快速計算破損后冷卻劑的流量下降速率和堆芯內(nèi)壓降，估算剩余冷卻劑的持液時間，并將其與燃料棒的熱工極限進行比較。4.解析思路：強調(diào)核數(shù)據(jù)在反應(yīng)堆物理計算、設(shè)計模擬和安全分析中的基礎(chǔ)作用。*核反應(yīng)堆的設(shè)計需要精確計算中子輸運、反應(yīng)率分布、功率分布等，這些都依賴于準確的中子截面等數(shù)據(jù)。*安全評估需要分析事故工況下堆芯的物理行為，如熱量產(chǎn)生、傳遞和燃料棒溫度，同樣離不開反應(yīng)性、截面、衰變熱等核數(shù)據(jù)。*沒有準確的核數(shù)據(jù)，反應(yīng)堆的物理性能無法預(yù)測，設(shè)計無法進行，安全分析失去依據(jù)。四、計算題1.解析思路：應(yīng)用反應(yīng)性功率系數(shù)公式，判斷堆芯狀態(tài)。*反應(yīng)性變化Δρ=（功率變化ΔP/初始功率P?）×反應(yīng)性功率系數(shù)κ<0xE1><0xB5><0xA3>*Δρ=(5MW/1000MW)×(-0.001/MW)=-0.000005*反應(yīng)性變化為負值（-5×10??），說明功率增加導(dǎo)致反應(yīng)性下降。反應(yīng)性功率系數(shù)為負，表示堆芯趨向次臨界。*結(jié)論：反應(yīng)性為負，且功率正在增加，反應(yīng)堆功率會持續(xù)下降，處于不穩(wěn)定運行狀態(tài)（或趨向于臨界以下）。2.解析思路：利用公式P=N×φ×?σf?×?E?，注意單位換算。*總裂變功率P=（燃料棒數(shù)N）×（中子注量率φ）×（每個中子的裂變截面?σf?）×（每個裂變釋放的能量?E?/e）*P=1000×(1×1012n/cm2·s)×(1barn/1n·cm2)×(200MeV/裂變)×(1eV/1.602×10?1?J)×(1J/1×10?eV)*注意：1barn=10?2?cm2*P=1000×1×1012×10?2?cm2/n·cm2×200×1.602×10?1?J/eV×1×10?eV/J*P=1000×10?12×200×1.602×10?1?J/n*P=1000×200×1.602×10?2?J/n*P=3.204×102?J/s/n*P=3.204×102?W/n*P=3.204×102?W/(1×1012n/s)=3.204×10?W=320.4MW五、論述題解析思路：結(jié)合核安全的基本原則和要求，從設(shè)計層面論述如何落實安全優(yōu)先?？蓮娜哂嘣O(shè)計、故障安全、物理隔離、緩解措施等方面展開。*冗余設(shè)計：關(guān)鍵安全系統(tǒng)（如停堆系統(tǒng)、應(yīng)急冷卻系統(tǒng)）應(yīng)采用多重化、多樣性、獨立化的設(shè)計原則，確保單一故障或人為失誤不會導(dǎo)致系統(tǒng)失效，提高系統(tǒng)可靠性和安全性。例如，設(shè)置多個獨立的控制棒驅(qū)動機構(gòu)、多路冷卻劑輸入等。*故障安全原則：設(shè)計應(yīng)確保在發(fā)生設(shè)計基準事故甚至超越設(shè)計基準事故時，反應(yīng)堆堆芯和一回路系統(tǒng)能夠保持安全狀態(tài)，防止放射性物質(zhì)大量釋放到環(huán)境中。例如，安全殼的設(shè)計應(yīng)能承受預(yù)期內(nèi)最嚴重事故引起的高溫、高壓，保持完整性；燃料棒設(shè)計應(yīng)能在失水或高溫下保持完整性，防止熔化、融穿。*物理隔離：通過設(shè)置安全殼等屏障，將反應(yīng)堆核心與外部環(huán)境進行有效隔離，限制放射性物質(zhì)的外泄。反應(yīng)堆廠房、廠房外設(shè)置的多重屏障（安全殼、廠房、環(huán)境）體現(xiàn)了這一原則。*事故緩解措施：在設(shè)計中應(yīng)考慮事故發(fā)生后的應(yīng)對措施，如事故工況下的冷卻劑流動和傳熱分析，確保有足夠的時間進行事故干預(yù)，如注入應(yīng)急冷卻劑、使用事故應(yīng)急電源等，以將后果降至最低。*固有安全性：優(yōu)先考慮采用具有固有安全特性的反應(yīng)堆類型設(shè)計，如壓水堆的冷態(tài)安全特性（停堆后依靠自然循環(huán)冷卻堆芯），減少對復(fù)雜輔助系統(tǒng)的依賴。*人因工程與安全文化：設(shè)計應(yīng)考慮人的因素，減少人為操作失誤的可能性，