黑龙江八一农垦大学《核科学概论》2023-2024学年第二学期期末试卷

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《核科学概论》2023-2024学年第二学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、核技术在食品安全检测中也有应用，例如检测食品中的放射性污染和农药残留。以下哪种检测方法可以快速检测出食品中的放射性物质？（）A.气相色谱法B.液相色谱法C.放射性测量仪D.以上都不行2、在核反应堆的设计中，需要考虑多种因素以确保其经济性和安全性。假设一个小型模块化反应堆，已知其功率规模、建设成本和运行维护费用。如果要提高该反应堆的经济性，以下哪个方面的改进最为关键？（）A.降低建设成本B.提高发电效率C.减少运行维护费用D.优化反应堆结构3、核材料的加工和处理是核工业的重要环节。假设我们要对铀矿石进行提炼和浓缩，以获得高纯度的核燃料。那么常用的铀浓缩方法（如气体扩散法、离心法）的原理是什么？在加工过程中如何保证核材料的质量和安全？铀矿石的预处理和后续的废料处理又需要遵循哪些规范和标准？（）A.基于分子运动，保证流程监控和防护，遵循国际原子能机构标准B.利用物理分离，加强设备维护和检测，按照国家核安全法规C.凭借离心力差异，严格操作管理和质量检测，依据行业最佳实践D.以上均不正确4、在核材料的检测和分析中，质谱技术是一种常用的方法。它可以精确测量元素的同位素组成和含量。假设要检测一种未知的核材料样品，质谱技术能够提供的关键信息是：（）A.元素种类B.同位素比例C.杂质含量D.以上都是5、在核医学成像技术中，正电子发射断层扫描（PET）具有较高的分辨率。某PET扫描仪对一个直径为1cm的病灶进行成像，其空间分辨率为5mm。计算能够分辨的最小病灶直径。A.2.5mmB.5mmC.7.5mmD.10mm6、在核反应堆热工水力分析中，燃料元件的传热特性至关重要。假设一个压水堆的燃料元件，以下关于传热过程的描述，哪一项是不准确的？（）A.燃料元件内的热量主要通过热传导传递到表面B.冷却剂在燃料元件表面的对流换热系数决定了热量的传出效率C.燃料元件的形状和尺寸对传热性能没有明显影响D.燃料元件表面的污垢和氧化层会增加热阻，降低传热效果7、核科学中的粒子加速器是产生高能粒子的重要设备。同步加速器和直线加速器是常见的两种类型。同步加速器的主要特点是？（）A.结构简单B.能量提升快C.可以实现连续加速D.占用空间小8、在核辐射测量中，剂量当量率是一个常用的指标。关于剂量当量率的含义和应用，以下哪项是错误的？（）A.剂量当量率表示单位时间内人体所接受的剂量当量，单位通常为希沃特/小时（Sv/h）B.剂量当量率可以用于实时监测辐射场的强度变化，评估人员受照风险C.在辐射防护中，根据剂量当量率的大小，可以确定相应的防护措施和安全距离D.剂量当量率只适用于γ射线和X射线的测量，对于其他类型的辐射无法进行评估9、在核电厂的安全系统中，应急堆芯冷却系统是保障反应堆安全的重要设施。假设在一次事故中，反应堆堆芯的温度急剧上升，需要在10分钟内注入1000吨冷却剂来降低温度。若冷却剂的注入速度从开始的50吨/分钟线性增加到150吨/分钟，计算平均注入速度：（）A.80吨/分钟B.90吨/分钟C.100吨/分钟D.110吨/分钟10、核聚变实验装置中的真空系统至关重要。某装置要求真空度达到10^-6Pa，初始真空度为10^-2Pa，抽气速率为100L/s。计算达到要求真空度所需的时间。A.1000sB.2000sC.3000sD.4000s11、核科学中的数值模拟方法在研究复杂问题时非常有用。假设我们使用蒙特卡罗方法模拟中子在反应堆堆芯内的输运过程，已知模拟的参数和边界条件。如果增加模拟的粒子数量，模拟结果的准确性会如何变化？（）A.显著提高B.略有提高C.基本不变D.可能降低12、在核反应堆的控制与监测系统中，传感器的精度和可靠性至关重要。假设一个核反应堆的控制系统，需要实时监测各种参数，如中子通量、温度、压力等。以下关于传感器性能和选择的描述，哪一项是不准确的？（）A.传感器的响应时间应足够短，以快速反映参数的变化B.不同类型的传感器在测量范围和精度上可能存在差异，需要根据具体需求选择C.传感器的可靠性可以通过冗余设计和定期校准来提高D.价格低廉的传感器通常能够满足核反应堆控制与监测的高精度要求13、在核医学诊断中，单光子发射计算机断层成像（SPECT）和正电子发射断层成像（PET）都有应用。与SPECT相比，PET的主要优势在于？（）A.图像分辨率更高B.能够检测更多的生理过程C.设备成本更低D.操作更简单14、核聚变反应中，等离子体的约束是实现可控核聚变的关键技术之一。目前，主要的等离子体约束方法有磁约束和惯性约束。磁约束装置的典型代表是（）A.托卡马克B.激光点火装置C.粒子加速器D.以上都不是15、核科学中的核素分类方法众多。对于放射性核素的分类，以下哪项是不正确的？（）A.根据半衰期的长短，可以将放射性核素分为长半衰期核素和短半衰期核素B.按照放射性核素的来源，可以分为天然放射性核素和人工放射性核素C.基于放射性核素发射的射线类型，可分为α放射性核素、β放射性核素和γ放射性核素等D.放射性核素的分类方法是固定不变的，不会随着研究的深入和应用的拓展而改变16、在核聚变反应堆中，等离子体的稳定性是一个关键问题。假设等离子体受到某种外部干扰，导致其形状发生变化。已知等离子体的物理参数和约束磁场的分布，如果要恢复等离子体的稳定状态，需要采取什么措施？（）A.调整磁场强度B.注入新的燃料C.排出部分等离子体D.停止加热17、在核科学的发展历程中，有许多重要的实验和发现。关于核科学史上的重大事件，以下说法错误的是：（）A.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构B.费米领导的芝加哥一号反应堆实现了可控核裂变，开启了核能利用的新时代C.查德威克发现中子，为理解原子核的结构和核反应提供了重要基础D.核科学的发展一直一帆风顺，没有遇到过任何挫折和挑战18、在核医学中，放射性同位素被广泛应用于诊断和治疗。已知一种放射性同位素的半衰期较短，若要将其用于体内成像，需要考虑以下哪个因素对其成像效果的影响？（）A.同位素的衰变方式B.其在体内的生物分布C.辐射剂量对人体的危害D.以上都是19、在核物理实验中，经常需要对粒子进行加速。常见的粒子加速器有回旋加速器、同步加速器等。同步加速器相比于回旋加速器的优势在于（）A.能够加速更高能量的粒子B.结构简单，造价低C.占用空间小D.操作维护方便20、在核医学中，放射性同位素的应用广泛。假设我们使用碘-131进行甲状腺疾病的诊断和治疗，那么碘-131发射的射线类型和能量是怎样的？它在体内的代谢过程和分布特点是什么？治疗过程中如何确定剂量以避免对周围组织造成过度损伤？同时，放射性同位素治疗后的辐射防护措施有哪些？（）A.发射β射线，随血液分布，根据病情和体重定剂量，限制接触和隔离B.发射γ射线，集中在甲状腺，依据年龄和身体状况，保持距离和屏蔽C.发射α射线，均匀分布全身，考虑病灶大小，使用防护服D.以上均不正确21、核科学中的辐射成像技术在医学、工业等领域有重要应用。正电子发射断层扫描（PET）是一种核医学成像技术，其原理基于正电子与电子的湮灭产生一对γ光子。以下关于PET成像的特点，哪一项是正确的？（）A.空间分辨率高B.对软组织的分辨能力强C.成像速度快D.辐射剂量低22、在核聚变研究中，实现等离子体的约束是关键问题之一。除了托卡马克装置，还有其他一些等离子体约束装置，如仿星器。仿星器与托卡马克相比，其特点在于：（）A.磁场结构更复杂B.等离子体稳定性更好C.工程难度更大D.以上都是23、核反应堆中的燃料元件在经过一段时间的运行后会产生裂变产物，这些裂变产物的放射性和毒性各不相同。假设某燃料元件运行了一定时间后，产生了一种半衰期为20年的裂变产物，初始活度为10^(12)Bq。经过60年后，该裂变产物的活度大约变为多少？（）A.1.25×10^(11)BqB.2.5×10^(11)BqC.5×10^(11)BqD.1×10^(12)Bq24、放射性废物的处理和处置是核工业面临的重要挑战。某核设施产生了一批低放射性废物，其放射性活度为10^(6)Bq，主要包含短半衰期的同位素。如果采用近地表处置的方式，在经过10个半衰期后，这批废物的放射性活度大约降低到多少？（）A.100BqB.10BqC.1BqD.0.1Bq25、核技术在农业领域也有应用，如辐射育种、食品辐照保鲜等。在食品辐照保鲜中，使用一定剂量的γ射线照射食品，以杀灭微生物和寄生虫。假设需要对一批水果进行辐照处理，使其微生物含量降低到安全水平以下。已知初始微生物含量为10^(6)CFU/g，要求处理后微生物含量不超过100CFU/g。如果γ射线对微生物的杀灭效率为90%，那么至少需要多大剂量的辐照（以戈瑞为单位）？（）A.2B.4C.6D.8二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）详细说明核技术在工业过程控制中的应用，如料位测量、密度测量、厚度测量等。分析核测量技术在提高工业生产效率、产品质量和自动化水平方面的优势和应用实例，以及如何解决测量中的干扰和误差问题。2、（本题5分）核科学与技术中的核材料研究具有重要意义。请详细论述核材料的性能和特点，如燃料材料的耐辐照性能、结构材料的高温强度等。分析核材料的制备和加工技术，以及如何评估核材料的使用寿命和可靠性。解释如何开展核材料的研发工作，以满足先进核反应堆的发展需求。3、（本题5分）在核科学研究中，核结构和核反应理论是重要的基础学科。请深入论述核结构的基本模型（如壳模型、集体模型等）和核反应的基本理论（如光学模型、复合核模型等），分析其在解释核现象和预测核性质方面的应用。探讨核结构和核反应理论的最新研究进展和未解决的问题。4、（本题5分）在核科学与技术中，核辐射的生物效应是研究辐射防护和医学应用的基础。请全面阐述核辐射对生物体的作用机制和影响，如细胞损伤、基因突变、组织器官损伤等。分析不同类型和剂量的核辐射产生的生物效应差异，以及如何评估辐射对人体健康的风险。探讨如何利用核辐射的生物效应进行肿瘤治疗等医学应用，同时采取有效的防护措施降低辐射危害。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个核反应堆的燃料组件由180根燃料元件组成，每根燃料元件的热功率为4.5kW，铀-235的富集度为3.8%。计算燃料组件的总热功率和铀-235的消耗速率。若反应堆运行900小时，求燃料组件的燃耗。2、（本题5分）某核电厂的蒸汽发生器，传热管内径为20mm，壁厚为2mm，管长为15m。一次侧冷却剂入口温度为320℃，出口温度为290℃；二次侧蒸汽压力为5MPa，饱和温度为264℃。假设传热管的热导率为20W/(m·K)，计算传热管的传热面积、传热量以及一次侧到二次侧的传热系数。3、（本题5分）一个核反应堆的反射层由石墨组成，厚度为45cm。热中子在石墨中的扩散系数为0.75cm，宏观吸收截面为0.0025cm^-1。计算热中子在反射层中的扩散长度和逃脱共振几率。4、（本题5分）某研究用反应堆，其活性区由均匀分布的燃料元件组成，燃料元件为铀-235，富集度为3.5%。活性区的半径为45cm，高度为90cm，热中子通量为1.5×10^13n/(cm²·s)，铀-235的微观裂变截面为580×10^-24cm²。计算反应堆的热功率。若反应堆运行80天，求总共释放的能量。5、（本题5分）某核反应堆的堆芯采用正方形栅格排列的燃料元件，栅格间距为20mm，燃料元件为圆柱形，直径为15mm。堆芯的边长为2m，燃料的富集度为3.2%，平均热中子通量为1.6×10^14n/(cm²·s)，燃料的密度为10.2g/cm³。计算堆芯内燃料元件的数量，以及单位时间内堆芯的裂变能产生速率。同时，分析燃料元件之间的中子相互作用，假设中子在燃料元件内的扩散长度为2cm。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）全面论述核技术在工业无损检测中的应用，如X射线探伤、γ射线探伤、中子探伤等