天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院《核科學(xué)與技術(shù)前沿》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁(yè)，共3頁(yè)天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

《核科學(xué)與技術(shù)前沿》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題2分，共40分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、核反應(yīng)堆的功率分布對(duì)其安全和性能有著重要影響。在一個(gè)具有非均勻燃料布置的反應(yīng)堆中，由于燃料富集度的差異和結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，功率分布會(huì)呈現(xiàn)出一定的特點(diǎn)。假設(shè)堆芯某區(qū)域的燃料富集度較高，而相鄰區(qū)域較低，那么在該區(qū)域的功率密度相對(duì)其他區(qū)域會(huì)如何變化？（）A.顯著降低B.略有降低C.顯著升高D.略有升高2、在核科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)處理和誤差分析是重要環(huán)節(jié)。假設(shè)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，已知誤差的來(lái)源和大小。通過(guò)何種方法可以有效地減小誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響？（）A.多次測(cè)量取平均值B.采用更精確的測(cè)量?jī)x器C.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法D.以上方法綜合使用3、核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用廣泛，如無(wú)損檢測(cè)。假設(shè)使用γ射線對(duì)一個(gè)金屬部件進(jìn)行探傷，已知部件的材料、厚度和可能存在的缺陷類型。如果γ射線源的強(qiáng)度增加，檢測(cè)的靈敏度會(huì)如何變化？（）A.提高B.降低C.不變D.先提高后降低4、核電廠的一回路系統(tǒng)壓力邊界是防止放射性物質(zhì)泄漏的重要屏障。某壓水堆一回路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為15MPa，工作壓力為12MPa。在進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)為多少？（）A.15MPaB.18MPaC.20MPaD.22.5MPa5、核技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括輻射改性、離子注入等。離子注入可以改變材料的表面性能，以下哪種性能可以通過(guò)離子注入得到改善？（）A.硬度B.導(dǎo)電性C.耐腐蝕性D.以上都是6、核醫(yī)學(xué)是核技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)于放射性核素顯像，以下哪項(xiàng)說(shuō)法是不正確的？（）A.放射性核素顯像利用放射性藥物在體內(nèi)的特異性分布，通過(guò)探測(cè)器獲取圖像B.單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（SPECT）和正電子發(fā)射斷層成像（PET）是常見(jiàn)的顯像技術(shù)C.放射性核素顯像可以用于診斷腫瘤、心血管疾病等多種疾病，但分辨率較低D.放射性核素顯像使用的放射性藥物對(duì)人體沒(méi)有任何危害，因?yàn)槠浞派湫曰疃群艿?、核反應(yīng)堆的冷卻系統(tǒng)中，水泵的性能對(duì)反應(yīng)堆的安全運(yùn)行至關(guān)重要。某水泵的揚(yáng)程為50m，流量為100m3/h，效率為80%，計(jì)算水泵的輸入功率：（）A.17.7kWB.22.1kWC.27.6kWD.33.3kW8、核科學(xué)中的核素分類方法眾多。對(duì)于放射性核素的分類，以下哪項(xiàng)是不正確的？（）A.根據(jù)半衰期的長(zhǎng)短，可以將放射性核素分為長(zhǎng)半衰期核素和短半衰期核素B.按照放射性核素的來(lái)源，可以分為天然放射性核素和人工放射性核素C.基于放射性核素發(fā)射的射線類型，可分為α放射性核素、β放射性核素和γ放射性核素等D.放射性核素的分類方法是固定不變的，不會(huì)隨著研究的深入和應(yīng)用的拓展而改變9、在核電廠的運(yùn)行管理中，人員培訓(xùn)和安全文化建設(shè)至關(guān)重要。安全文化建設(shè)的主要目的是（）A.提高員工的工作效率B.增強(qiáng)員工的安全意識(shí)C.降低運(yùn)營(yíng)成本D.提升企業(yè)的形象10、核電廠的選址需要綜合考慮多種因素。假設(shè)一個(gè)地區(qū)正在評(píng)估建設(shè)核電廠的可行性，以下關(guān)于選址要求的分析，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.應(yīng)遠(yuǎn)離人口密集區(qū)和重要的生態(tài)保護(hù)區(qū)，以降低潛在風(fēng)險(xiǎn)B.地質(zhì)條件穩(wěn)定，能夠承受地震等自然災(zāi)害的影響C.有充足的水源用于冷卻反應(yīng)堆，并且便于排放余熱D.當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平是選址的首要考慮因素，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)優(yōu)先建設(shè)11、核燃料循環(huán)包括鈾礦開(kāi)采、燃料加工、反應(yīng)堆運(yùn)行和核廢料處理等多個(gè)環(huán)節(jié)。在鈾礦開(kāi)采過(guò)程中，需要從礦石中提取鈾。已知某鈾礦中鈾的含量為0.1%，若要獲得100千克純度為90%的鈾，至少需要開(kāi)采多少噸這種礦石？（）A.1000B.1100C.1200D.130012、在核科學(xué)研究中，經(jīng)常使用中子活化分析技術(shù)來(lái)確定樣品中的元素成分和含量。已知樣品的性質(zhì)和中子源的特性，若要提高分析的精度，還需要優(yōu)化以下哪個(gè)環(huán)節(jié)？（）A.樣品的制備方法B.測(cè)量?jī)x器的分辨率C.數(shù)據(jù)分析算法D.以上都是13、核科學(xué)中的核天體物理研究原子核在天體環(huán)境中的形成和演化。關(guān)于核天體物理的研究?jī)?nèi)容和意義，以下說(shuō)法不正確的是：（）A.探討恒星內(nèi)部的核燃燒過(guò)程，如氫聚變成氦、氦聚變成更重元素B.研究超新星爆發(fā)等劇烈天體事件中的核反應(yīng)，以及元素的合成C.核天體物理的研究對(duì)于理解宇宙的起源和演化具有重要意義D.核天體物理只是理論上的研究，對(duì)實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有任何幫助14、在核科學(xué)研究中，蒙特卡羅方法是一種常用的模擬計(jì)算方法。關(guān)于蒙特卡羅方法在核科學(xué)中的應(yīng)用，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是：（）A.可以用于模擬粒子輸運(yùn)過(guò)程，計(jì)算輻射劑量分布B.能夠預(yù)測(cè)核反應(yīng)的概率和產(chǎn)額C.蒙特卡羅方法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，不需要與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證D.該方法在處理復(fù)雜幾何和物理問(wèn)題時(shí)具有優(yōu)勢(shì)15、在核材料的研究中，了解材料在輻射環(huán)境下的性能變化至關(guān)重要。假設(shè)一種新型的核結(jié)構(gòu)材料正在研發(fā)，需要評(píng)估其在長(zhǎng)期輻射作用下的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)變化。以下關(guān)于核材料輻射損傷的描述，哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.輻射會(huì)導(dǎo)致材料的硬度增加、韌性下降B.微觀結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生空位、位錯(cuò)等缺陷，影響材料的性能C.材料的抗腐蝕性能通常會(huì)因?yàn)檩椛涠玫礁纳艱.輻射損傷的程度與輻射類型、劑量和材料本身的性質(zhì)有關(guān)16、核輻射在醫(yī)學(xué)成像中有著重要應(yīng)用，如正電子發(fā)射斷層掃描（PET）。在PET檢查中，患者會(huì)被注射一種含有正電子放射性核素的藥物，這些核素在衰變時(shí)會(huì)發(fā)射正電子，與周圍的電子發(fā)生湮滅產(chǎn)生一對(duì)γ光子。探測(cè)器通過(guò)測(cè)量這對(duì)γ光子的方向和能量來(lái)重建體內(nèi)的代謝圖像。已知一種常用的正電子放射性核素的半衰期為2小時(shí)，如果患者在注射后1小時(shí)進(jìn)行檢查，此時(shí)體內(nèi)放射性藥物的活度大約是初始活度的多少？（）A.1/2B.1/4C.3/4D.2/317、在核科學(xué)研究中，數(shù)值模擬方法在分析核過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。已知模擬的物理問(wèn)題和數(shù)學(xué)模型，若要提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和效率，還需要考慮以下哪個(gè)因素？（）A.網(wǎng)格劃分的合理性B.算法的穩(wěn)定性和收斂性C.計(jì)算機(jī)硬件性能D.以上都是18、在核輻射探測(cè)與測(cè)量領(lǐng)域，常用的探測(cè)器有多種類型。某實(shí)驗(yàn)室需要測(cè)量能量在1MeV左右的γ射線，要求探測(cè)器具有較好的能量分辨率和較高的探測(cè)效率。以下哪種探測(cè)器較為合適？（）A.氣體探測(cè)器B.閃爍探測(cè)器C.半導(dǎo)體探測(cè)器D.熱釋光探測(cè)器19、核技術(shù)在航天領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。假設(shè)我們使用放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（RTG）為航天器提供能源，那么RTG的工作原理是什么？如何選擇合適的放射性同位素燃料？RTG在太空環(huán)境中的可靠性和安全性如何保障？其在未來(lái)深空探測(cè)任務(wù)中的發(fā)展趨勢(shì)怎樣？（）A.基于熱電轉(zhuǎn)換，考慮能量密度，進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，具有廣闊前景B.依靠輻射發(fā)電，依據(jù)使用時(shí)長(zhǎng)，加強(qiáng)防護(hù)措施，面臨諸多挑戰(zhàn)C.憑借熱能利用，按照功率需求，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，有待進(jìn)一步研究D.以上均不正確20、在核反應(yīng)堆中，控制棒是用于控制反應(yīng)性的重要部件?？刂瓢敉ǔＳ赡軌驈?qiáng)烈吸收中子的材料制成，如硼、鎘等。當(dāng)控制棒完全插入堆芯時(shí)，反應(yīng)堆的反應(yīng)性會(huì)發(fā)生顯著變化。那么，控制棒完全插入堆芯時(shí)，反應(yīng)堆通常會(huì)（）A.立即停堆，反應(yīng)完全停止B.反應(yīng)性降低，但仍能維持低功率運(yùn)行C.反應(yīng)性短暫升高，然后逐漸降低D.反應(yīng)性不變，功率輸出保持穩(wěn)定二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）詳細(xì)分析核科學(xué)與技術(shù)中的核技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用，如放射性同位素標(biāo)記、γ射線殺菌等。解釋這些技術(shù)的原理和優(yōu)勢(shì)，以及在檢測(cè)食品中的污染物、微生物等方面的應(yīng)用。分析核技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的局限性和發(fā)展趨勢(shì)，舉例說(shuō)明在進(jìn)出口食品檢測(cè)中的應(yīng)用。2、（本題5分）核技術(shù)在航天領(lǐng)域有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。請(qǐng)?jiān)敿?xì)闡述核技術(shù)在航天器能源供應(yīng)（如放射性同位素電池）、推進(jìn)系統(tǒng)（如核熱推進(jìn)）和太空輻射防護(hù)中的原理和應(yīng)用。分析核技術(shù)在航天應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)和解決方案，以及相關(guān)的安全和監(jiān)管要求。探討核技術(shù)在未來(lái)深空探索中的潛力和發(fā)展趨勢(shì)，并通過(guò)航天任務(wù)中的核技術(shù)應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。3、（本題5分）核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注。請(qǐng)全面闡述核技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染物處理和生態(tài)修復(fù)等方面的應(yīng)用潛力和實(shí)例。分析這些應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和局限性。探討如何推動(dòng)核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的更廣泛應(yīng)用，同時(shí)降低其可能帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。三、計(jì)算題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）一個(gè)核反應(yīng)堆的堆芯在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，需要通過(guò)冷卻劑將熱量帶走。已知堆芯的體積為2m3，平均功率密度為100MW/m3，冷卻劑的入口溫度為280°C，出口溫度為320°C。冷卻劑的比熱容為4200J/(kg·K)，流量為1000kg/s。計(jì)算堆芯的總功率，以及冷卻劑在堆芯內(nèi)的溫升是否滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，分析堆芯內(nèi)的溫度分布情況，假設(shè)溫度分布符合高斯函數(shù)。2、（本題5分）某核反應(yīng)堆的控制棒采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為5kW，轉(zhuǎn)速為1500r/min，減速比為100:1。控制棒的行程為1m，運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求在10s以內(nèi)。計(jì)算所需的扭矩和絲杠的螺距，判斷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是否能夠滿足要求。同時(shí)，考慮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。3、（本題5分）一個(gè)核設(shè)施的放射性廢物處理系統(tǒng)，需要處理含有放射性核素的廢水。廢水的流量為10m3/h，放射性核素的濃度為100Bq/L。采用某種處理方法，去除效率為90%。計(jì)算處理后的廢水放射性活度，并分析不同處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。4、（本題5分）一個(gè)核電廠的蒸汽發(fā)生器傳熱管采用鈦合金材料，管徑為20mm，壁厚為2mm。管內(nèi)承受壓力為10MPa，溫度為300°C。鈦合金在該條件下的許用應(yīng)力為200MPa。計(jì)算傳熱管的強(qiáng)度是否滿足要求，以及可能的失效模式。同時(shí)，分析傳熱管的腐蝕和磨損情況對(duì)其壽命的影響。5、（本題5分）某快中子增殖反應(yīng)堆，燃料為鈾-238和钚-239的混合物，其中钚-239的含量為25%。堆芯內(nèi)快中子的平均能量為1.4MeV，鈾-238的俘獲截面為2.5×10^-24cm2，钚-239的裂變截面為3.0×10^-24cm2。已知堆芯內(nèi)快中子的通量密度為7.0×10^14n/(cm2·s)，計(jì)算燃料的宏觀俘獲截面和裂變率。四、論述題（本大題共2個(gè)小題，共20分)1、（本題10分）全