天津機電職業(yè)技術學院《核科學與技術前沿》2023-2024學年第一學期期末試卷

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《核科學與技術前沿》2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個小題，每小題2分，共40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、核反應堆的功率分布對其安全和性能有著重要影響。在一個具有非均勻燃料布置的反應堆中，由于燃料富集度的差異和結構的不對稱性，功率分布會呈現出一定的特點。假設堆芯某區(qū)域的燃料富集度較高，而相鄰區(qū)域較低，那么在該區(qū)域的功率密度相對其他區(qū)域會如何變化？（）A.顯著降低B.略有降低C.顯著升高D.略有升高2、在核科學實驗中，數據處理和誤差分析是重要環(huán)節(jié)。假設一組實驗數據存在系統(tǒng)誤差和隨機誤差，已知誤差的來源和大小。通過何種方法可以有效地減小誤差對實驗結果的影響？（）A.多次測量取平均值B.采用更精確的測量儀器C.改進實驗方法D.以上方法綜合使用3、核技術在工業(yè)中的應用廣泛，如無損檢測。假設使用γ射線對一個金屬部件進行探傷，已知部件的材料、厚度和可能存在的缺陷類型。如果γ射線源的強度增加，檢測的靈敏度會如何變化？（）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泄漏的重要屏障。某壓水堆一回路系統(tǒng)的設計壓力為15MPa，工作壓力為12MPa。在進行壓力試驗時，試驗壓力應為多少？（）A.15MPaB.18MPaC.20MPaD.22.5MPa5、核技術在材料科學領域的應用包括輻射改性、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離子注入得到改善？（）A.硬度B.導電性C.耐腐蝕性D.以上都是6、核醫(yī)學是核技術在醫(yī)學領域的應用。對于放射性核素顯像，以下哪項說法是不正確的？（）A.放射性核素顯像利用放射性藥物在體內的特異性分布，通過探測器獲取圖像B.單光子發(fā)射計算機斷層成像（SPECT）和正電子發(fā)射斷層成像（PET）是常見的顯像技術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人體沒有任何危害，因為其放射性活度很低7、核反應堆的冷卻系統(tǒng)中，水泵的性能對反應堆的安全運行至關重要。某水泵的揚程為50m，流量為100m3/h，效率為80%，計算水泵的輸入功率：（）A.17.7kWB.22.1kWC.27.6kWD.33.3kW8、核科學中的核素分類方法眾多。對于放射性核素的分類，以下哪項是不正確的？（）A.根據半衰期的長短，可以將放射性核素分為長半衰期核素和短半衰期核素B.按照放射性核素的來源，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，不會隨著研究的深入和應用的拓展而改變9、在核電廠的運行管理中，人員培訓和安全文化建設至關重要。安全文化建設的主要目的是（）A.提高員工的工作效率B.增強員工的安全意識C.降低運營成本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。假設一個地區(qū)正在評估建設核電廠的可行性，以下關于選址要求的分析，哪一項是不正確的？（）A.應遠離人口密集區(qū)和重要的生態(tài)保護區(qū)，以降低潛在風險B.地質條件穩(wěn)定，能夠承受地震等自然災害的影響C.有充足的水源用于冷卻反應堆，并且便于排放余熱D.當地的經濟發(fā)展水平是選址的首要考慮因素，經濟發(fā)達地區(qū)優(yōu)先建設11、核燃料循環(huán)包括鈾礦開采、燃料加工、反應堆運行和核廢料處理等多個環(huán)節(jié)。在鈾礦開采過程中，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，至少需要開采多少噸這種礦石？（）A.1000B.1100C.1200D.130012、在核科學研究中，經常使用中子活化分析技術來確定樣品中的元素成分和含量。已知樣品的性質和中子源的特性，若要提高分析的精度，還需要優(yōu)化以下哪個環(huán)節(jié)？（）A.樣品的制備方法B.測量儀器的分辨率C.數據分析算法D.以上都是13、核科學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。關于核天體物理的研究內容和意義，以下說法不正確的是：（）A.探討恒星內部的核燃燒過程，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，以及元素的合成C.核天體物理的研究對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，對實際應用沒有任何幫助14、在核科學研究中，蒙特卡羅方法是一種常用的模擬計算方法。關于蒙特卡羅方法在核科學中的應用，以下說法錯誤的是：（）A.可以用于模擬粒子輸運過程，計算輻射劑量分布B.能夠預測核反應的概率和產額C.蒙特卡羅方法計算結果準確可靠，不需要與實驗數據進行對比驗證D.該方法在處理復雜幾何和物理問題時具有優(yōu)勢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重要。假設一種新型的核結構材料正在研發(fā)，需要評估其在長期輻射作用下的力學性能和微觀結構變化。以下關于核材料輻射損傷的描述，哪一項是錯誤的？（）A.輻射會導致材料的硬度增加、韌性下降B.微觀結構中會產生空位、位錯等缺陷，影響材料的性能C.材料的抗腐蝕性能通常會因為輻射而得到改善D.輻射損傷的程度與輻射類型、劑量和材料本身的性質有關16、核輻射在醫(yī)學成像中有著重要應用，如正電子發(fā)射斷層掃描（PET）。在PET檢查中，患者會被注射一種含有正電子放射性核素的藥物，這些核素在衰變時會發(fā)射正電子，與周圍的電子發(fā)生湮滅產生一對γ光子。探測器通過測量這對γ光子的方向和能量來重建體內的代謝圖像。已知一種常用的正電子放射性核素的半衰期為2小時，如果患者在注射后1小時進行檢查，此時體內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、在核科學研究中，數值模擬方法在分析核過程中發(fā)揮著重要作用。已知模擬的物理問題和數學模型，若要提高數值模擬的準確性和效率，還需要考慮以下哪個因素？（）A.網格劃分的合理性B.算法的穩(wěn)定性和收斂性C.計算機硬件性能D.以上都是18、在核輻射探測與測量領域，常用的探測器有多種類型。某實驗室需要測量能量在1MeV左右的γ射線，要求探測器具有較好的能量分辨率和較高的探測效率。以下哪種探測器較為合適？（）A.氣體探測器B.閃爍探測器C.半導體探測器D.熱釋光探測器19、核技術在航天領域也有重要應用。假設我們使用放射性同位素熱電發(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？其在未來深空探測任務中的發(fā)展趨勢怎樣？（）A.基于熱電轉換，考慮能量密度，進行嚴格測試，具有廣闊前景B.依靠輻射發(fā)電，依據使用時長，加強防護措施，面臨諸多挑戰(zhàn)C.憑借熱能利用，按照功率需求，優(yōu)化設備結構，有待進一步研究D.以上均不正確20、在核反應堆中，控制棒是用于控制反應性的重要部件?？刂瓢敉ǔＳ赡軌驈娏椅罩凶拥牟牧现瞥?，如硼、鎘等。當控制棒完全插入堆芯時，反應堆的反應性會發(fā)生顯著變化。那么，控制棒完全插入堆芯時，反應堆通常會（）A.立即停堆，反應完全停止B.反應性降低，但仍能維持低功率運行C.反應性短暫升高，然后逐漸降低D.反應性不變，功率輸出保持穩(wěn)定二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）詳細分析核科學與技術中的核技術在食品安全檢測中的應用，如放射性同位素標記、γ射線殺菌等。解釋這些技術的原理和優(yōu)勢，以及在檢測食品中的污染物、微生物等方面的應用。分析核技術在食品安全檢測中的局限性和發(fā)展趨勢，舉例說明在進出口食品檢測中的應用。2、（本題5分）核技術在航天領域有獨特的應用價值。請詳細闡述核技術在航天器能源供應（如放射性同位素電池）、推進系統(tǒng)（如核熱推進）和太空輻射防護中的原理和應用。分析核技術在航天應用中的技術難點和解決方案，以及相關的安全和監(jiān)管要求。探討核技術在未來深空探索中的潛力和發(fā)展趨勢，并通過航天任務中的核技術應用實例說明其優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。3、（本題5分）核技術在環(huán)境保護領域的應用逐漸受到關注。請全面闡述核技術在環(huán)境監(jiān)測、污染物處理和生態(tài)修復等方面的應用潛力和實例。分析這些應用的技術優(yōu)勢和局限性。探討如何推動核技術在環(huán)境保護中的更廣泛應用，同時降低其可能帶來的環(huán)境風險。三、計算題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個核反應堆的堆芯在運行過程中會產生熱量，需要通過冷卻劑將熱量帶走。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。計算堆芯的總功率，以及冷卻劑在堆芯內的溫升是否滿足設計要求。同時，分析堆芯內的溫度分布情況，假設溫度分布符合高斯函數。2、（本題5分）某核反應堆的控制棒采用電動驅動方式，驅動電機的功率為5kW，轉速為1500r/min，減速比為100:1?？刂瓢舻男谐虨?m，運動時間要求在10s以內。計算所需的扭矩和絲杠的螺距，判斷驅動系統(tǒng)是否能夠滿足要求。同時，考慮驅動系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。3、（本題5分）一個核設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)缺點和適用范圍。4、（本題5分）一個核電廠的蒸汽發(fā)生器傳熱管采用鈦合金材料，管徑為20mm，壁厚為2mm。管內承受壓力為10MPa，溫度為300°C。鈦合金在該條件下的許用應力為200MPa。計算傳熱管的強度是否滿足要求，以及可能的失效模式。同時，分析傳熱管的腐蝕和磨損情況對其壽命的影響。5、（本題5分）某快中子增殖反應堆，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。已知堆芯內快中子的通量密度為7.0×10^14n/(cm2·s)，計算燃料的宏觀俘獲截面和裂變率。四、論述題（本大題共2個小題，共20分)1、（本題10分）全