2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核物理學(xué)在核裂變領(lǐng)域的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題3分，共30分）1.重原子核的裂變主要是由吸收了一個(gè)什么樣的粒子引發(fā)的？A.α粒子B.β粒子C.γ射線D.中子2.核裂變過程中釋放的巨大能量主要來源于？A.核外電子的能量B.核子動(dòng)能的增加C.重原子核結(jié)合能的減少D.中子動(dòng)能的增加3.要維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，反應(yīng)堆中燃料的體積和質(zhì)量必須達(dá)到什么條件？A.臨界體積和超臨界質(zhì)量B.臨界體積和臨界質(zhì)量C.超臨界體積和超臨界質(zhì)量D.亞臨界體積和臨界質(zhì)量4.控制核反應(yīng)堆中中子通量的是？A.核燃料B.中子反射層C.控制棒D.冷卻劑5.在核反應(yīng)堆中，慢化劑的主要作用是？A.吸收中子B.加速中子C.減速快中子，使其易于被裂變材料吸收D.冷卻反應(yīng)堆6.核燃料循環(huán)中的“后處理”環(huán)節(jié)主要目的是什么？A.提高鈾的富集度B.制造新的核燃料C.處理乏燃料，提取可裂變材料D.回收反應(yīng)堆冷卻劑7.核裂變過程中產(chǎn)生的中子，其平均能量通常在哪個(gè)范圍？A.毫電子伏特(meV)B.電子伏特(eV)C.兆電子伏特(MeV)D.吉電子伏特(GeV)8.導(dǎo)致核臨界事故的主要物理原因是？A.反應(yīng)堆功率過高B.中子泄漏過多C.系統(tǒng)達(dá)到或超過臨界條件D.控制棒完全抽出9.下列哪種核素是常用的核裂變?nèi)剂?？A.氘(2H)B.氚(3H)C.鈾-235(23?U)D.氦-4(?He)10.放射性廢物的長(zhǎng)期處置面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？A.廢物體積過大B.放射性強(qiáng)度過高C.緩慢衰變和潛在的環(huán)境影響D.處置成本過高二、填空題（請(qǐng)將答案填寫在橫線上，每空2分，共20分）1.核裂變過程中，鈾-235吸收一個(gè)中子后，通常分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的______，并釋放出若干個(gè)中子和能量。2.愛因斯坦的質(zhì)能方程______描述了質(zhì)量與能量之間的等效關(guān)系。3.能夠使快中子減速到熱中子能量的物質(zhì)稱為______。4.核反應(yīng)堆中，用于吸收中子以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率的裝置是______。5.核燃料循環(huán)主要包括采礦、選冶、______、制造、使用、后處理和處置等環(huán)節(jié)。6.中子在物質(zhì)中傳播時(shí)，其行為可以用______來描述，尤其是在均勻介質(zhì)中近似為______。7.核裂變產(chǎn)生的放射性廢物需要進(jìn)行長(zhǎng)期______，以減少其對(duì)環(huán)境的影響。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠持續(xù)進(jìn)行的三個(gè)基本條件。2.解釋什么是核臨界質(zhì)量，并說明影響臨界質(zhì)量的主要因素。3.簡(jiǎn)述核燃料循環(huán)的主要步驟及其目的。4.核電站與火電站相比，有哪些主要的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟，每題10分，共20分）1.鈾-235的原子質(zhì)量為235.0439u，其中子質(zhì)量為1.0087u，裂變碎片平均質(zhì)量為92u，并釋放出約2.5個(gè)中子。假設(shè)每個(gè)中子質(zhì)量為1.0087u。請(qǐng)估算一次鈾-235核裂變釋放的總能量（結(jié)果保留兩位小數(shù)，1u對(duì)應(yīng)的能量約為931.5MeV）。2.一個(gè)簡(jiǎn)化的反應(yīng)堆芯中，初始有k=1.05的中子增殖系數(shù)，每次裂變平均釋放3.5個(gè)中子。若初始中子源強(qiáng)度為S=1021中子/秒，且無中子損失。請(qǐng)估算穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)反應(yīng)堆的中子通量密度（即單位體積單位時(shí)間的中子數(shù)，結(jié)果用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示）。五、論述題（請(qǐng)圍繞下列問題展開論述，共10分）當(dāng)前核能發(fā)展面臨哪些主要的技術(shù)和安全挑戰(zhàn)？你認(rèn)為未來的核能技術(shù)應(yīng)該朝著哪些方向發(fā)展以克服這些挑戰(zhàn)？試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.C5.C6.C7.C8.C9.C10.C二、填空題1.裂變碎片2.E=mc23.慢化劑4.控制棒5.富集6.中子擴(kuò)散理論；球?qū)ΨQ擴(kuò)散7.存置（或處置）三、簡(jiǎn)答題1.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行的三個(gè)基本條件：*裂變材料足夠多，達(dá)到臨界質(zhì)量，形成有效的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。*中子能夠有效地被裂變材料吸收，以維持反應(yīng)鏈。*中子損失率較低，能夠保證足夠數(shù)量的中子參與后續(xù)裂變。2.核臨界質(zhì)量及其影響因素：*核臨界質(zhì)量是指一塊能夠維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裂變材料所需的最小質(zhì)量。當(dāng)裂變材料的質(zhì)量等于或大于臨界質(zhì)量時(shí)，即使沒有控制棒，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也能自行維持。*影響臨界質(zhì)量的主要因素包括：裂變材料的種類（不同核素臨界質(zhì)量不同）、材料的形式（塊狀、棒狀、粉末狀）、形狀（球形最緊湊）、密度（密度越大，臨界質(zhì)量越?。?、是否存在中子反射層或吸收體（反射層能增加臨界質(zhì)量，吸收體能減少臨界質(zhì)量）、以及周圍介質(zhì)的性質(zhì)（如慢化劑和中子毒物）。3.核燃料循環(huán)的主要步驟及其目的：*采礦與選冶：開采含鈾礦石，并通過選冶過程提取出濃縮的鈾黃鐵礦（或氧化物），目的是獲取核燃料原料。*富集：將天然鈾中的鈾-235濃度從自然的0.7%提高到3%以上（用于反應(yīng)堆燃料），或更高（用于核武器），目的是制備合格的反應(yīng)堆燃料。*制造：將富集的鈾制成核燃料元件（如鈾dioxidepelletsinzirconiumcladding），目的是形成可以安全使用在反應(yīng)堆中的燃料形式。*使用：將核燃料元件在反應(yīng)堆中利用核能發(fā)電，經(jīng)歷裂變過程產(chǎn)生能量和乏燃料，目的是實(shí)現(xiàn)核能的應(yīng)用。*后處理：對(duì)使用過的乏燃料進(jìn)行化學(xué)處理，分離出未裂變的鈾、钚等可回收的核材料，以及高放廢液，目的是回收資源并處理高活性廢物。*處置：將高放廢液進(jìn)行固化（如玻璃固化）后，置于深地質(zhì)處置庫(kù)中進(jìn)行長(zhǎng)期埋藏，目的是安全地處理長(zhǎng)期存在放射性風(fēng)險(xiǎn)的廢物。4.核電站與火電站相比的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：*優(yōu)點(diǎn)：*燃料效率高，消耗少量核燃料能產(chǎn)生巨大能量。*運(yùn)行成本中燃料成本占比極低，受國(guó)際油價(jià)影響小，運(yùn)行成本相對(duì)穩(wěn)定。*不排放二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物，對(duì)環(huán)境影響較?。ㄏ鄬?duì)于火電）。*單位質(zhì)量核燃料產(chǎn)生的二氧化碳排放量極低，屬于低碳能源。*缺點(diǎn)：*一次性建設(shè)投資巨大。*核安全問題存在，一旦發(fā)生事故可能造成嚴(yán)重后果和長(zhǎng)期影響。*核廢料處理是一個(gè)長(zhǎng)期且具有挑戰(zhàn)性的問題。*核材料可能被用于非法目的（核擴(kuò)散）。*運(yùn)行受嚴(yán)格的安全法規(guī)和監(jiān)管約束。四、計(jì)算題1.計(jì)算過程：*質(zhì)量虧損Δm=(質(zhì)量數(shù)鈾-235+質(zhì)量數(shù)中子)-(質(zhì)量數(shù)裂變碎片總和+質(zhì)量數(shù)釋放中子)*Δm=(235.0439u+1.0087u)-(92u*2+1.0087u*2.5)*Δm=236.0526u-(184u+2.5215u)*Δm=236.0526u-186.5215u*Δm=49.5311u*釋放能量E=Δm*c2=49.5311u*931.5MeV/u*E≈46185.7MeV*保留兩位小數(shù)：E≈46185.70MeV2.計(jì)算過程：*穩(wěn)態(tài)時(shí)，中子源的強(qiáng)度S等于反應(yīng)堆的總裂變中子產(chǎn)生率?？偭炎冎凶赢a(chǎn)生率等于中子增殖系數(shù)k乘以初始中子源強(qiáng)度S。*總裂變中子產(chǎn)生率=k*S=1.05*1021中子/秒*在穩(wěn)態(tài)下，每個(gè)裂變事件產(chǎn)生3.5個(gè)中子，這些中子中有一部分是初始源提供的，另一部分是后續(xù)裂變產(chǎn)生的。穩(wěn)態(tài)中子通量密度Φ可以理解為單位時(shí)間通過單位體積的反應(yīng)堆體積的中子數(shù)。由于是均勻穩(wěn)態(tài)假設(shè)（簡(jiǎn)化模型），總裂變中子產(chǎn)生率也等于單位時(shí)間單位體積內(nèi)的中子數(shù)乘以每個(gè)裂變事件產(chǎn)生的中子數(shù)（3.5）。*Φ*3.5=1.05*1021中子/秒*Φ=(1.05*1021)/3.5*Φ≈3.0*102?中子/(m3·s)五、論述題（答案略，此題旨在考察學(xué)生對(duì)核能