湖南医药学院《核科学概论》2023-2024学年第二学期期末试卷

站名：站名：年级专业：姓名：学号：凡年级专业、姓名、学号错写、漏写或字迹不清者，成绩按零分记。…………密………………封………………线…………第1页，共1页湖南医药学院《核科学概论》

2023-2024学年第二学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20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、在核聚变研究中，托卡马克装置是一种重要的实验装置。它通过强磁场来约束高温等离子体，实现核聚变反应。托卡马克装置运行时，需要对磁场进行精确控制。如果磁场控制出现偏差，可能会：（）A.降低反应效率B.导致等离子体逃逸C.损坏装置部件D.以上都有可能2、对于核反应堆的热工水力分析，冷却剂的流动和传热特性至关重要。某压水堆核反应堆，一回路冷却剂采用水，其进口温度为290°C，出口温度为330°C。反应堆功率为1000MW，若冷却剂的质量流量为5000kg/s，水的比热容为4200J/(kg·°C)，忽略热损失，计算冷却剂在堆芯内吸收的热量。A.840MWB.960MWC.1000MWD.1120MW3、辐射防护是核科学领域的重要课题。在一个核设施工作场所，工作人员可能会受到各种辐射的照射。已知γ射线的能量为1MeV，工作人员距离辐射源5米，在没有任何屏蔽的情况下，照射时间为1小时。若要将辐射剂量控制在年允许剂量限值以下（假设年允许剂量限值为20mSv），至少需要多厚的铅屏蔽层（铅对该能量γ射线的线性减弱系数为1.2cm^(-1)）？（）A.5cmB.8cmC.10cmD.12cm4、核科学中的核素迁移研究对于评估核污染的扩散和环境影响具有重要意义。核素在土壤、水体等介质中的迁移受到多种因素的影响，如核素的化学性质、介质的物理化学特性等。假设一种核素在酸性水体中的迁移速度比在中性水体中快，可能的原因是：（）A.核素溶解度增加B.形成了易迁移的化合物C.介质对核素的吸附减少D.以上都有可能5、在核反应堆的安全分析中，需要评估可能的事故序列和后果。假设在一次失水事故中，反应堆堆芯的冷却剂迅速流失，导致燃料元件暴露在空气中并升温。如果燃料元件的熔点为1500℃，初始温度为500℃，比热容为0.3kJ/(kg·℃)，密度为10000kg/m³，单位体积的释热功率为1000W/m³。估算燃料元件从初始温度升温至熔点所需的时间约为多少分钟？（）A.30B.60C.90D.1206、核聚变作为一种潜在的能源解决方案，吸引了众多研究。假设我们正在研究托卡马克装置中的核聚变反应，那么核聚变的基本原理是什么？托卡马克装置是如何实现对等离子体的约束和加热的？目前核聚变研究面临的主要挑战（如高温维持、等离子体不稳定性）有哪些？未来实现核聚变能源商业化的前景如何？（）A.轻原子核聚合，通过磁场和射频波，面临技术和工程难题，前景乐观但需长期努力B.重原子核分裂，借助激光和微波，存在材料和控制问题，短期内难以实现C.粒子碰撞融合，利用静电场和电流，有理论和实验障碍，商业化尚需突破关键技术D.以上均不正确7、在核反应堆的热工设计中，需要考虑燃料元件的热膨胀问题。某燃料元件在运行过程中温度升高，由于热膨胀导致其尺寸发生变化。如果燃料元件的线膨胀系数为10^-5/℃，初始长度为10cm，温度升高了500℃，那么燃料元件的长度增加量大约是多少？（）A.0.05cmB.0.5cmC.5cmD.50cm8、核科学中的辐射防护标准是为了保护人员和环境免受过量辐射的危害而制定的。这些标准通常基于辐射的随机性效应和确定性效应。随机性效应的特点是：（）A.有阈值B.无阈值C.效应严重D.与剂量无关9、核聚变反应中，实现等离子体的磁约束是关键技术之一。除了托卡马克装置，还有其他磁约束装置，如仿星器。与托卡马克装置相比，仿星器的主要优点是什么？（）A.磁场更稳定B.结构更简单C.等离子体约束性能更好D.建设和运行成本更低10、在核反应堆中，控制棒的作用至关重要。假设一个压水堆核反应堆在运行过程中，需要对反应性进行精细调节。控制棒通常由具有强吸收中子能力的材料制成，以下哪种材料最常用于控制棒？（）A.镉B.硼C.铀D.钚11、在核聚变研究中，磁约束和惯性约束是两种主要的实现途径。对于惯性约束核聚变，以下哪项描述是错误的？（）A.惯性约束核聚变是利用强激光或粒子束在极短时间内压缩燃料靶丸，使其达到高温高密度状态引发核聚变B.惯性约束核聚变的装置相对简单，不需要强大的磁场系统C.目前惯性约束核聚变已经实现了商业发电，成为主要的能源供应方式之一D.惯性约束核聚变面临着点火、能量增益等技术难题，仍处于研究和实验阶段12、核技术在环境保护方面也能发挥作用，例如放射性同位素示踪技术用于监测污染物的迁移。以下关于核技术在环境保护中的应用，说法错误的是：（）A.放射性同位素示踪技术可以准确追踪污染物在环境中的运动轨迹和分布情况B.利用辐射技术可以处理污水和废气，降解有害物质C.核技术在环境保护中的应用成本高、风险大，不如传统的环保技术有效D.在使用核技术进行环境保护时，需要严格控制辐射剂量，确保环境安全13、核反应堆中的燃料元件在高温高压下工作，其性能会受到影响。一种燃料元件的热导率为30W/(m·K)，厚度为1cm，两侧的温差为500°C，计算通过该燃料元件的热流密度：（）A.1.5×10⁵W/m²B.1.8×10⁵W/m²C.2.1×10⁵W/m²D.2.4×10⁵W/m²14、核反应堆的堆芯结构设计需要考虑多种因素，如燃料组件的排列、控制棒的布置等。某压水堆的堆芯由若干个燃料组件组成，每个组件包含若干根燃料棒。假设燃料棒的直径为10毫米，组件的边长为20厘米，采用正方形排列。计算一个燃料组件中大约可以布置多少根燃料棒？（）A.400B.500C.600D.70015、核辐射的生物效应不仅取决于辐射剂量，还与辐射的品质有关。高LET（传能线密度）辐射与低LET辐射相比，其生物效应（）A.较弱B.较强C.相同D.不确定16、在核物理实验中，探测器的能量分辨率是一个重要指标。假设我们使用半导体探测器进行粒子能量测量，那么影响半导体探测器能量分辨率的因素有哪些（如电荷收集效率、噪声水平）？如何提高半导体探测器的能量分辨率？不同类型的半导体探测器（如硅探测器、锗探测器）在性能上有何差异？（）A.多种因素综合，优化电路设计，材料和工艺不同，性能各有优劣B.主要是温度影响，采用冷却装置，硅探测器更灵敏，锗探测器更稳定C.取决于探测器尺寸，改进制造工艺，锗探测器分辨率高，硅探测器成本低D.以上均不正确17、在核反应堆的燃料管理中，需要优化燃料的布置和换料策略。假设一个压水堆在运行一定周期后需要换料，那么如何确定换料的时间和新燃料的装载位置？燃料管理对反应堆的经济性和安全性有怎样的影响？怎样通过先进的计算方法来优化燃料管理方案？（）A.根据燃耗计算，影响成本和风险，运用优化算法，持续改进方案B.依照运行经验，考虑资源利用，采用传统方法，保障稳定运行C.依据设计寿命，关注市场价格，借助模拟软件，满足需求即可D.以上均不正确18、在核安全文化中，人员的培训和意识培养至关重要。工作人员对核安全法规和操作规程的熟悉程度直接影响核设施的安全运行。假设一名新员工没有接受充分的培训就参与核相关工作，可能会：（）A.违反安全规定B.无法应对突发情况C.操作失误D.以上都有可能19、在核材料的检测和分析中，常常使用质谱仪来测量同位素的丰度。某质谱仪能够分辨质量相差0.1原子质量单位的同位素。对于铀-235和铀-238两种同位素，其质量分别约为235和238原子质量单位。使用该质谱仪能否有效区分这两种同位素？（）A.能，清晰区分B.能，较难区分C.不能，无法分辨D.不确定，取决于其他因素20、在核反应堆物理中，缓发中子对于反应堆的控制具有重要意义。已知某反应堆在稳态运行时，缓发中子份额约为0.0065。当反应堆发生功率变化时，缓发中子的作用会使得反应性变化相对缓慢。假设反应堆突然引入一个正反应性，使得瞬发中子增殖系数变为1.01。若不考虑缓发中子，反应堆将迅速超临界；但由于缓发中子的存在，反应堆的有效增殖系数变为1.003。那么，缓发中子的存在使得反应堆达到稳定状态所需的时间大约增加了多少倍？（）A.10倍B.50倍C.100倍D.500倍二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细分析核科学与技术中的核电厂的放射性废物最小化策略，包括废物产生源头的控制、处理工艺的优化、再利用和回收等措施。解释放射性废物最小化对环境和经济的意义。分析实现放射性废物最小化的技术和管理挑战，举例说明在核电厂运行中的实践成果。2、（本题5分）详细说明核科学中的核衰变规律，包括放射性核素的衰变类型（如α衰变、β衰变、γ衰变）、衰变常数、半衰期等概念。分析核衰变规律在放射性核素的鉴定、放射性测量、核废物管理等方面的应用。3、（本题5分）详细解释核技术在环境保护中的辐射消毒和灭菌应用，如医疗废物处理、食品辐照灭菌、污水消毒等。分析辐射消毒和灭菌的原理、效果和影响因素，以及如何确保辐射处理过程的安全性和有效性，避免对环境和人体造成潜在危害。4、（本题5分）在核科学实验中，辐射源的屏蔽和防护设施的设计至关重要。请详细阐述辐射源屏蔽和防护设施设计的原则和方法，考虑辐射类型、能量、强度等因素。分析不同屏蔽材料（如混凝土、铅、钨等）的性能和适用范围，探讨如何进行有效的辐射剂量评估以验证屏蔽和防护设施的有效性。5、（本题5分）核技术在食品安全检测中的应用日益广泛。请深入探讨核技术如同位素标记、γ射线辐照灭菌等在检测食品中的农药残留、微生物污染、添加剂等方面的原理和方法。分析这些技术的优势和局限性，以及在保障食品安全中的重要作用。解释如何规范核技术在食品安全检测中的应用，确保检测结果的准确性和可靠性。三、计算题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个核辐射防护实验室，需要设计一个混凝土屏蔽墙来阻挡γ射线。γ射线的能量为3MeV，要求屏蔽后的剂量率降低到安全水平以下。已知混凝土对该能量γ射线的半减弱厚度为10cm，计算所需的混凝土屏蔽墙厚度，并分析其他屏蔽材料的可行性和优缺点。2、（本题5分）在一个沸水堆中，冷却剂在堆芯内的平均流速为4m/s，堆芯入口温度为200°C，出口温度为285°C。已知冷却剂的比热容为4.2kJ/(kg·°C)，流量为5000kg/s。计算堆芯的热功率，并分析冷却剂流速和流量对堆芯传热和安全性的影响。同时探讨在沸水堆中，如何控制汽水混合物的质量含汽率以保证堆芯的稳定运行。3、（本题5分）在一个核材料加工实验室，需要对一块铀金属进行切割和加工。铀金属的密度为19.05g/cm³，体积为100cm³。已知铀-235的丰度为0.72%，计算这块铀金属中铀-235的质量，并分析在加工过程中的辐射防护措施和安全注意事项。4、（本题5分）一个核反应堆的控制棒由硼-10制成，硼-10的热中子吸收截面为3500×10^-24cm²。控制棒的直径为1.8cm，长度为140cm，热中子通量为2.2×10^13n/(cm²·s)，计算控制棒每秒吸收的热中子数和吸收的功率。若要使反应堆的反应性降低0.004，需要插入多少根这样的控制棒？5、（本题5分）某核电厂的核废料处理系统，每天处理的放射性废料体积为50m³，废料的放射性活度为1×10^10Bq/m³。处理后的废料放射性活度需降低到1×10^4Bq/m³，计算所需的衰变时间。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）深入探讨核科学中的核反应堆模拟计算方法，包括中子输运计算、热工水力计算和燃料管理计算。分析常用的模拟软件和算法的特点和适用范围。阐述如何通过模拟计算优化反应堆运行参数、预测事故后果和进行