站名：站名：年級專業(yè)：姓名：學號：凡年級專業(yè)、姓名、學號錯寫、漏寫或字跡不清者，成績按零分記。…………密………………封………………線…………第1頁，共1頁湖南醫(yī)藥學院《核科學概論》

2023-2024學年第二學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在核聚變研究中，托卡馬克裝置是一種重要的實驗裝置。它通過強磁場來約束高溫等離子體，實現(xiàn)核聚變反應。托卡馬克裝置運行時，需要對磁場進行精確控制。如果磁場控制出現(xiàn)偏差，可能會：（）A.降低反應效率B.導致等離子體逃逸C.損壞裝置部件D.以上都有可能2、對于核反應堆的熱工水力分析，冷卻劑的流動和傳熱特性至關重要。某壓水堆核反應堆，一回路冷卻劑采用水，其進口溫度為290°C，出口溫度為330°C。反應堆功率為1000MW，若冷卻劑的質(zhì)量流量為5000kg/s，水的比熱容為4200J/(kg·°C)，忽略熱損失，計算冷卻劑在堆芯內(nèi)吸收的熱量。A.840MWB.960MWC.1000MWD.1120MW3、輻射防護是核科學領域的重要課題。在一個核設施工作場所，工作人員可能會受到各種輻射的照射。已知γ射線的能量為1MeV，工作人員距離輻射源5米，在沒有任何屏蔽的情況下，照射時間為1小時。若要將輻射劑量控制在年允許劑量限值以下（假設年允許劑量限值為20mSv），至少需要多厚的鉛屏蔽層（鉛對該能量γ射線的線性減弱系數(shù)為1.2cm^(-1)）？（）A.5cmB.8cmC.10cmD.12cm4、核科學中的核素遷移研究對于評估核污染的擴散和環(huán)境影響具有重要意義。核素在土壤、水體等介質(zhì)中的遷移受到多種因素的影響，如核素的化學性質(zhì)、介質(zhì)的物理化學特性等。假設一種核素在酸性水體中的遷移速度比在中性水體中快，可能的原因是：（）A.核素溶解度增加B.形成了易遷移的化合物C.介質(zhì)對核素的吸附減少D.以上都有可能5、在核反應堆的安全分析中，需要評估可能的事故序列和后果。假設在一次失水事故中，反應堆堆芯的冷卻劑迅速流失，導致燃料元件暴露在空氣中并升溫。如果燃料元件的熔點為1500℃，初始溫度為500℃，比熱容為0.3kJ/(kg·℃)，密度為10000kg/m3，單位體積的釋熱功率為1000W/m3。估算燃料元件從初始溫度升溫至熔點所需的時間約為多少分鐘？（）A.30B.60C.90D.1206、核聚變作為一種潛在的能源解決方案，吸引了眾多研究。假設我們正在研究托卡馬克裝置中的核聚變反應，那么核聚變的基本原理是什么？托卡馬克裝置是如何實現(xiàn)對等離子體的約束和加熱的？目前核聚變研究面臨的主要挑戰(zhàn)（如高溫維持、等離子體不穩(wěn)定性）有哪些？未來實現(xiàn)核聚變能源商業(yè)化的前景如何？（）A.輕原子核聚合，通過磁場和射頻波，面臨技術和工程難題，前景樂觀但需長期努力B.重原子核分裂，借助激光和微波，存在材料和控制問題，短期內(nèi)難以實現(xiàn)C.粒子碰撞融合，利用靜電場和電流，有理論和實驗障礙，商業(yè)化尚需突破關鍵技術D.以上均不正確7、在核反應堆的熱工設計中，需要考慮燃料元件的熱膨脹問題。某燃料元件在運行過程中溫度升高，由于熱膨脹導致其尺寸發(fā)生變化。如果燃料元件的線膨脹系數(shù)為10^-5/℃，初始長度為10cm，溫度升高了500℃，那么燃料元件的長度增加量大約是多少？（）A.0.05cmB.0.5cmC.5cmD.50cm8、核科學中的輻射防護標準是為了保護人員和環(huán)境免受過量輻射的危害而制定的。這些標準通?；谳椛涞碾S機性效應和確定性效應。隨機性效應的特點是：（）A.有閾值B.無閾值C.效應嚴重D.與劑量無關9、核聚變反應中，實現(xiàn)等離子體的磁約束是關鍵技術之一。除了托卡馬克裝置，還有其他磁約束裝置，如仿星器。與托卡馬克裝置相比，仿星器的主要優(yōu)點是什么？（）A.磁場更穩(wěn)定B.結構更簡單C.等離子體約束性能更好D.建設和運行成本更低10、在核反應堆中，控制棒的作用至關重要。假設一個壓水堆核反應堆在運行過程中，需要對反應性進行精細調(diào)節(jié)。控制棒通常由具有強吸收中子能力的材料制成，以下哪種材料最常用于控制棒？（）A.鎘B.硼C.鈾D.钚11、在核聚變研究中，磁約束和慣性約束是兩種主要的實現(xiàn)途徑。對于慣性約束核聚變，以下哪項描述是錯誤的？（）A.慣性約束核聚變是利用強激光或粒子束在極短時間內(nèi)壓縮燃料靶丸，使其達到高溫高密度狀態(tài)引發(fā)核聚變B.慣性約束核聚變的裝置相對簡單，不需要強大的磁場系統(tǒng)C.目前慣性約束核聚變已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)發(fā)電，成為主要的能源供應方式之一D.慣性約束核聚變面臨著點火、能量增益等技術難題，仍處于研究和實驗階段12、核技術在環(huán)境保護方面也能發(fā)揮作用，例如放射性同位素示蹤技術用于監(jiān)測污染物的遷移。以下關于核技術在環(huán)境保護中的應用，說法錯誤的是：（）A.放射性同位素示蹤技術可以準確追蹤污染物在環(huán)境中的運動軌跡和分布情況B.利用輻射技術可以處理污水和廢氣，降解有害物質(zhì)C.核技術在環(huán)境保護中的應用成本高、風險大，不如傳統(tǒng)的環(huán)保技術有效D.在使用核技術進行環(huán)境保護時，需要嚴格控制輻射劑量，確保環(huán)境安全13、核反應堆中的燃料元件在高溫高壓下工作，其性能會受到影響。一種燃料元件的熱導率為30W/(m·K)，厚度為1cm，兩側的溫差為500°C，計算通過該燃料元件的熱流密度：（）A.1.5×10?W/m2B.1.8×10?W/m2C.2.1×10?W/m2D.2.4×10?W/m214、核反應堆的堆芯結構設計需要考慮多種因素，如燃料組件的排列、控制棒的布置等。某壓水堆的堆芯由若干個燃料組件組成，每個組件包含若干根燃料棒。假設燃料棒的直徑為10毫米，組件的邊長為20厘米，采用正方形排列。計算一個燃料組件中大約可以布置多少根燃料棒？（）A.400B.500C.600D.70015、核輻射的生物效應不僅取決于輻射劑量，還與輻射的品質(zhì)有關。高LET（傳能線密度）輻射與低LET輻射相比，其生物效應（）A.較弱B.較強C.相同D.不確定16、在核物理實驗中，探測器的能量分辨率是一個重要指標。假設我們使用半導體探測器進行粒子能量測量，那么影響半導體探測器能量分辨率的因素有哪些（如電荷收集效率、噪聲水平）？如何提高半導體探測器的能量分辨率？不同類型的半導體探測器（如硅探測器、鍺探測器）在性能上有何差異？（）A.多種因素綜合，優(yōu)化電路設計，材料和工藝不同，性能各有優(yōu)劣B.主要是溫度影響，采用冷卻裝置，硅探測器更靈敏，鍺探測器更穩(wěn)定C.取決于探測器尺寸，改進制造工藝，鍺探測器分辨率高，硅探測器成本低D.以上均不正確17、在核反應堆的燃料管理中，需要優(yōu)化燃料的布置和換料策略。假設一個壓水堆在運行一定周期后需要換料，那么如何確定換料的時間和新燃料的裝載位置？燃料管理對反應堆的經(jīng)濟性和安全性有怎樣的影響？怎樣通過先進的計算方法來優(yōu)化燃料管理方案？（）A.根據(jù)燃耗計算，影響成本和風險，運用優(yōu)化算法，持續(xù)改進方案B.依照運行經(jīng)驗，考慮資源利用，采用傳統(tǒng)方法，保障穩(wěn)定運行C.依據(jù)設計壽命，關注市場價格，借助模擬軟件，滿足需求即可D.以上均不正確18、在核安全文化中，人員的培訓和意識培養(yǎng)至關重要。工作人員對核安全法規(guī)和操作規(guī)程的熟悉程度直接影響核設施的安全運行。假設一名新員工沒有接受充分的培訓就參與核相關工作，可能會：（）A.違反安全規(guī)定B.無法應對突發(fā)情況C.操作失誤D.以上都有可能19、在核材料的檢測和分析中，常常使用質(zhì)譜儀來測量同位素的豐度。某質(zhì)譜儀能夠分辨質(zhì)量相差0.1原子質(zhì)量單位的同位素。對于鈾-235和鈾-238兩種同位素，其質(zhì)量分別約為235和238原子質(zhì)量單位。使用該質(zhì)譜儀能否有效區(qū)分這兩種同位素？（）A.能，清晰區(qū)分B.能，較難區(qū)分C.不能，無法分辨D.不確定，取決于其他因素20、在核反應堆物理中，緩發(fā)中子對于反應堆的控制具有重要意義。已知某反應堆在穩(wěn)態(tài)運行時，緩發(fā)中子份額約為0.0065。當反應堆發(fā)生功率變化時，緩發(fā)中子的作用會使得反應性變化相對緩慢。假設反應堆突然引入一個正反應性，使得瞬發(fā)中子增殖系數(shù)變?yōu)?.01。若不考慮緩發(fā)中子，反應堆將迅速超臨界；但由于緩發(fā)中子的存在，反應堆的有效增殖系數(shù)變?yōu)?.003。那么，緩發(fā)中子的存在使得反應堆達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間大約增加了多少倍？（）A.10倍B.50倍C.100倍D.500倍二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細分析核科學與技術中的核電廠的放射性廢物最小化策略，包括廢物產(chǎn)生源頭的控制、處理工藝的優(yōu)化、再利用和回收等措施。解釋放射性廢物最小化對環(huán)境和經(jīng)濟的意義。分析實現(xiàn)放射性廢物最小化的技術和管理挑戰(zhàn)，舉例說明在核電廠運行中的實踐成果。2、（本題5分）詳細說明核科學中的核衰變規(guī)律，包括放射性核素的衰變類型（如α衰變、β衰變、γ衰變）、衰變常數(shù)、半衰期等概念。分析核衰變規(guī)律在放射性核素的鑒定、放射性測量、核廢物管理等方面的應用。3、（本題5分）詳細解釋核技術在環(huán)境保護中的輻射消毒和滅菌應用，如醫(yī)療廢物處理、食品輻照滅菌、污水消毒等。分析輻射消毒和滅菌的原理、效果和影響因素，以及如何確保輻射處理過程的安全性和有效性，避免對環(huán)境和人體造成潛在危害。4、（本題5分）在核科學實驗中，輻射源的屏蔽和防護設施的設計至關重要。請詳細闡述輻射源屏蔽和防護設施設計的原則和方法，考慮輻射類型、能量、強度等因素。分析不同屏蔽材料（如混凝土、鉛、鎢等）的性能和適用范圍，探討如何進行有效的輻射劑量評估以驗證屏蔽和防護設施的有效性。5、（本題5分）核技術在食品安全檢測中的應用日益廣泛。請深入探討核技術如同位素標記、γ射線輻照滅菌等在檢測食品中的農(nóng)藥殘留、微生物污染、添加劑等方面的原理和方法。分析這些技術的優(yōu)勢和局限性，以及在保障食品安全中的重要作用。解釋如何規(guī)范核技術在食品安全檢測中的應用，確保檢測結果的準確性和可靠性。三、計算題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個核輻射防護實驗室，需要設計一個混凝土屏蔽墻來阻擋γ射線。γ射線的能量為3MeV，要求屏蔽后的劑量率降低到安全水平以下。已知混凝土對該能量γ射線的半減弱厚度為10cm，計算所需的混凝土屏蔽墻厚度，并分析其他屏蔽材料的可行性和優(yōu)缺點。2、（本題5分）在一個沸水堆中，冷卻劑在堆芯內(nèi)的平均流速為4m/s，堆芯入口溫度為200°C，出口溫度為285°C。已知冷卻劑的比熱容為4.2kJ/(kg·°C)，流量為5000kg/s。計算堆芯的熱功率，并分析冷卻劑流速和流量對堆芯傳熱和安全性的影響。同時探討在沸水堆中，如何控制汽水混合物的質(zhì)量含汽率以保證堆芯的穩(wěn)定運行。3、（本題5分）在一個核材料加工實驗室，需要對一塊鈾金屬進行切割和加工。鈾金屬的密度為19.05g/cm3，體積為100cm3。已知鈾-235的豐度為0.72%，計算這塊鈾金屬中鈾-235的質(zhì)量，并分析在加工過程中的輻射防護措施和安全注意事項。4、（本題5分）一個核反應堆的控制棒由硼-10制成，硼-10的熱中子吸收截面為3500×10^-24cm2?？刂瓢舻闹睆綖?.8cm，長度為140cm，熱中子通量為2.2×10^13n/(cm2·s)，計算控制棒每秒吸收的熱中子數(shù)和吸收的功率。若要使反應堆的反應性降低0.004，需要插入多少根這樣的控制棒？5、（本題5分）某核電廠的核廢料處理系統(tǒng)，每天處理的放射性廢料體積為50m3，廢料的放射性活度為1×10^10Bq/m3。處理后的廢料放射性活度需降低到1×10^4Bq/m3，計算所需的衰變時間。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）深入探討核科學中的核反應堆模擬計算方法，包括中子輸運計算、熱工水力計算和燃料管理計算。分析常用的模擬軟件和算法的特點和適用范圍。闡述如何通過模擬計算優(yōu)化反應堆運行參數(shù)、預測事故后果和進行