2025年大学《核物理》专业题库- 核反应的温度和压力调节

2025年大学《核物理》专业题库——核反应的温度和压力调节考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内，每题2分，共20分）1.对于中子诱发裂变反应，通常情况下，随着反应体系温度的升高，以下哪个物理量会增大？A.热中子反应截面B.快中子反应截面C.弹性散射截面D.总反应截面2.在核反应堆中，由燃料温度升高引起的反应性变化称为？A.燃料中毒B.燃料燃耗C.燃料温度系数（正或负）D.中子泄漏系数3.以下哪种核反应堆类型主要依靠压力边界来维持反应堆的稳态运行？A.沸水堆（BWR）B.快堆（FR）C.压水堆（PWR）D.重水堆（CANDU）4.控制棒插入反应堆，除了吸收中子外，还会引起？A.反应性瞬间增大B.反应堆功率迅速下降C.反应堆冷却剂温度迅速升高D.反应堆压力迅速升高5.在压水堆的稳压器中，维持反应堆正常压力边界的主要作用是？A.控制冷却剂流量B.调节反应堆功率C.防止冷却剂沸腾和保持堆芯冷却剂密度D.吸收多余的中子6.当反应堆功率阶跃增加时，如果温度反馈是正的，那么？A.反应堆会变得越来越不稳定B.温度会下降，帮助抑制功率进一步增长C.反应性会因温度升高而增加，功率会持续增长D.控制棒会自动插入以减少反应性7.以下哪个因素对反应堆冷却剂的两相流动力学特性影响最大？A.冷却剂的种类（水、重水等）B.冷却剂的压力C.堆芯功率水平D.反应堆的几何结构8.核反应堆中，安全阀的主要功能是？A.自动调节反应堆功率B.在反应堆压力超过安全限值时释放多余压力，保护反应堆C.提供应急冷却能力D.吸收瞬发中子9.反应堆的时间常数（如温度时间常数）描述了？A.反应堆反应性变化的速度B.反应堆功率变化的速度C.反应堆温度对功率变化的响应速度D.冷却剂流经堆芯所需的时间10.提高反应堆冷却剂的压力通常会？A.降低燃料棒的有效增殖系数B.增大燃料温度系数的绝对值C.减小冷却剂的密度D.增加中子泄漏二、填空题（请将答案填在横线上，每空2分，共20分）1.核反应截面描述了入射粒子与靶核发生______的概率，它通常随入射粒子的能量以及反应体系的______而变化。2.反应堆的反馈效应是指反应堆的某些物理参数（如______、______）的变化反过来影响反应性，进而影响反应堆的功率。3.在压水堆（PWR）中，稳压器通过______和______来维持反应堆冷却剂的压力恒定。4.控制棒的主要材料是具有高中子吸收截面且吸收截面随能量变化较小的______材料。5.当反应堆冷却剂从单相流转变为两相流（沸腾）时，其______和______会显著改变，从而影响反应堆的反馈特性和安全性。6.核反应堆的动态行为可以用一组描述______、______和______等随时间变化的微分方程来描述。三、计算题（请写出必要的公式、计算步骤和结果，每题10分，共30分）1.已知某核反应堆在某一功率水平下，温度为300K时，燃料温度系数（每度功率变化百分比）为-0.001%/℃。如果反应堆功率增加导致燃料温度升高到315K，估算由于温度反馈引起的反应性变化（以pcm表示）。假设功率变化量与温度变化量成正比。2.假设一个核反应堆的空泡反应性系数（由冷却剂从单相变为两相引起）为-0.02pcm/%。如果反应堆功率从100%阶跃增加到110%，估算由于空泡效应引起的反应性变化（以pcm表示）。3.一个反应堆的棒控功率系数为-5pcm/%棒。如果需要将反应堆功率从100%降低到90%，需要插入多少根控制棒（假设每根控制棒的反应性效应相同）？四、简答题（请简明扼要地回答下列问题，每题10分，共40分）1.简述核反应堆中温度反馈的物理机制，并说明其对于反应堆安全运行的意义。2.解释什么是反应堆的时间常数，并简述影响反应堆温度时间常数的主要因素。3.在核反应堆中，控制棒的作用是什么？它如何影响反应堆的功率和反应性？4.为什么压水堆（PWR）需要使用稳压器？稳压器在其中扮演了什么角色？---试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.B5.C6.C7.C8.B9.C10.B二、填空题1.核反应；温度2.温度；压力3.蒸汽一汽轮机；电泵4.钝化剂（如硼）5.密度；粘性（或热导率）6.反应性；功率；温度三、计算题1.解：温度变化ΔT=315K-300K=15K。反应性变化Δρ_T=(-0.001%/°C)*15°C=-0.015%/°C。将百分比变化转换为pcm：Δρ_T(pcm)=-0.015%/°C*(1000pcm/1%)=-15pcm。结果：温度反馈引起的反应性变化约为-15pcm。2.解：功率变化ΔP=110%-100%=10%。空泡反应性系数为-0.02pcm/%。由于空泡效应引起的反应性变化Δρ_void=(-0.02pcm/%)*10%=-0.02pcm/%*10=-0.2pcm。结果：空泡效应引起的反应性变化约为-0.2pcm。3.解：目标功率变化ΔP=90%-100%=-10%。棒控功率系数Δρ_b=-5pcm/%棒。需要插入的棒数N=ΔP/Δρ_b=(-10%)/(-5pcm/%棒)=2棒。结果：需要插入2根控制棒。四、简答题1.解析思路：从能量角度出发，功率升高导致燃料温度升高。温度升高引起燃料材料密度变化、中子泄漏增加、反应截面变化等，这些因素共同作用改变反应堆的有效反应性。简述这些物理过程及其对反应性的影响即可。安全意义在于温度反馈通常为负反馈，有助于功率稳定，防止堆芯过热。2.解析思路：时间常数定义为核心物理量（如温度）变化速率与其偏离平衡值之比。温度时间常数描述温度变化对功率变化的响应速度。影响因素主要是冷却剂流经堆芯的时间（流体动力学特性）和温度反馈效应的强弱。3.解析思路：控制棒通过吸收中子来减少反应堆的反应性。插入更多控制棒会降低反应性，从而减少中子数，进而降低功率。控制棒是反应堆重要的紧急和功率调节手段。其作用在于改变中子平衡，实现对反应堆功率和反应性的主