黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)《核科學(xué)概論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)

《核科學(xué)概論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共25個(gè)小題，每小題1分，共25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、核技術(shù)在食品安全檢測中也有應(yīng)用，例如檢測食品中的放射性污染和農(nóng)藥殘留。以下哪種檢測方法可以快速檢測出食品中的放射性物質(zhì)？（）A.氣相色譜法B.液相色譜法C.放射性測量儀D.以上都不行2、在核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)中，需要考慮多種因素以確保其經(jīng)濟(jì)性和安全性。假設(shè)一個(gè)小型模塊化反應(yīng)堆，已知其功率規(guī)模、建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。如果要提高該反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，以下哪個(gè)方面的改進(jìn)最為關(guān)鍵？（）A.降低建設(shè)成本B.提高發(fā)電效率C.減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用D.優(yōu)化反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)3、核材料的加工和處理是核工業(yè)的重要環(huán)節(jié)。假設(shè)我們要對鈾礦石進(jìn)行提煉和濃縮，以獲得高純度的核燃料。那么常用的鈾濃縮方法（如氣體擴(kuò)散法、離心法）的原理是什么？在加工過程中如何保證核材料的質(zhì)量和安全？鈾礦石的預(yù)處理和后續(xù)的廢料處理又需要遵循哪些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)？（）A.基于分子運(yùn)動(dòng)，保證流程監(jiān)控和防護(hù)，遵循國際原子能機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)B.利用物理分離，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和檢測，按照國家核安全法規(guī)C.憑借離心力差異，嚴(yán)格操作管理和質(zhì)量檢測，依據(jù)行業(yè)最佳實(shí)踐D.以上均不正確4、在核材料的檢測和分析中，質(zhì)譜技術(shù)是一種常用的方法。它可以精確測量元素的同位素組成和含量。假設(shè)要檢測一種未知的核材料樣品，質(zhì)譜技術(shù)能夠提供的關(guān)鍵信息是：（）A.元素種類B.同位素比例C.雜質(zhì)含量D.以上都是5、在核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)中，正電子發(fā)射斷層掃描（PET）具有較高的分辨率。某PET掃描儀對一個(gè)直徑為1cm的病灶進(jìn)行成像，其空間分辨率為5mm。計(jì)算能夠分辨的最小病灶直徑。A.2.5mmB.5mmC.7.5mmD.10mm6、在核反應(yīng)堆熱工水力分析中，燃料元件的傳熱特性至關(guān)重要。假設(shè)一個(gè)壓水堆的燃料元件，以下關(guān)于傳熱過程的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.燃料元件內(nèi)的熱量主要通過熱傳導(dǎo)傳遞到表面B.冷卻劑在燃料元件表面的對流換熱系數(shù)決定了熱量的傳出效率C.燃料元件的形狀和尺寸對傳熱性能沒有明顯影響D.燃料元件表面的污垢和氧化層會(huì)增加熱阻，降低傳熱效果7、核科學(xué)中的粒子加速器是產(chǎn)生高能粒子的重要設(shè)備。同步加速器和直線加速器是常見的兩種類型。同步加速器的主要特點(diǎn)是？（）A.結(jié)構(gòu)簡單B.能量提升快C.可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)加速D.占用空間小8、在核輻射測量中，劑量當(dāng)量率是一個(gè)常用的指標(biāo)。關(guān)于劑量當(dāng)量率的含義和應(yīng)用，以下哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.劑量當(dāng)量率表示單位時(shí)間內(nèi)人體所接受的劑量當(dāng)量，單位通常為希沃特/小時(shí)（Sv/h）B.劑量當(dāng)量率可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測輻射場的強(qiáng)度變化，評估人員受照風(fēng)險(xiǎn)C.在輻射防護(hù)中，根據(jù)劑量當(dāng)量率的大小，可以確定相應(yīng)的防護(hù)措施和安全距離D.劑量當(dāng)量率只適用于γ射線和X射線的測量，對于其他類型的輻射無法進(jìn)行評估9、在核電廠的安全系統(tǒng)中，應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)是保障反應(yīng)堆安全的重要設(shè)施。假設(shè)在一次事故中，反應(yīng)堆堆芯的溫度急劇上升，需要在10分鐘內(nèi)注入1000噸冷卻劑來降低溫度。若冷卻劑的注入速度從開始的50噸/分鐘線性增加到150噸/分鐘，計(jì)算平均注入速度：（）A.80噸/分鐘B.90噸/分鐘C.100噸/分鐘D.110噸/分鐘10、核聚變實(shí)驗(yàn)裝置中的真空系統(tǒng)至關(guān)重要。某裝置要求真空度達(dá)到10^-6Pa，初始真空度為10^-2Pa，抽氣速率為100L/s。計(jì)算達(dá)到要求真空度所需的時(shí)間。A.1000sB.2000sC.3000sD.4000s11、核科學(xué)中的數(shù)值模擬方法在研究復(fù)雜問題時(shí)非常有用。假設(shè)我們使用蒙特卡羅方法模擬中子在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的輸運(yùn)過程，已知模擬的參數(shù)和邊界條件。如果增加模擬的粒子數(shù)量，模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)如何變化？（）A.顯著提高B.略有提高C.基本不變D.可能降低12、在核反應(yīng)堆的控制與監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器的精度和可靠性至關(guān)重要。假設(shè)一個(gè)核反應(yīng)堆的控制系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測各種參數(shù)，如中子通量、溫度、壓力等。以下關(guān)于傳感器性能和選擇的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.傳感器的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)足夠短，以快速反映參數(shù)的變化B.不同類型的傳感器在測量范圍和精度上可能存在差異，需要根據(jù)具體需求選擇C.傳感器的可靠性可以通過冗余設(shè)計(jì)和定期校準(zhǔn)來提高D.價(jià)格低廉的傳感器通常能夠滿足核反應(yīng)堆控制與監(jiān)測的高精度要求13、在核醫(yī)學(xué)診斷中，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）都有應(yīng)用。與SPECT相比，PET的主要優(yōu)勢在于？（）A.圖像分辨率更高B.能夠檢測更多的生理過程C.設(shè)備成本更低D.操作更簡單14、核聚變反應(yīng)中，等離子體的約束是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，主要的等離子體約束方法有磁約束和慣性約束。磁約束裝置的典型代表是（）A.托卡馬克B.激光點(diǎn)火裝置C.粒子加速器D.以上都不是15、核科學(xué)中的核素分類方法眾多。對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(huì)隨著研究的深入和應(yīng)用的拓展而改變16、在核聚變反應(yīng)堆中，等離子體的穩(wěn)定性是一個(gè)關(guān)鍵問題。假設(shè)等離子體受到某種外部干擾，導(dǎo)致其形狀發(fā)生變化。已知等離子體的物理參數(shù)和約束磁場的分布，如果要恢復(fù)等離子體的穩(wěn)定狀態(tài)，需要采取什么措施？（）A.調(diào)整磁場強(qiáng)度B.注入新的燃料C.排出部分等離子體D.停止加熱17、在核科學(xué)的發(fā)展歷程中，有許多重要的實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)。關(guān)于核科學(xué)史上的重大事件，以下說法錯(cuò)誤的是：（）A.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)B.費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)的芝加哥一號反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)了可控核裂變，開啟了核能利用的新時(shí)代C.查德威克發(fā)現(xiàn)中子，為理解原子核的結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)提供了重要基礎(chǔ)D.核科學(xué)的發(fā)展一直一帆風(fēng)順，沒有遇到過任何挫折和挑戰(zhàn)18、在核醫(yī)學(xué)中，放射性同位素被廣泛應(yīng)用于診斷和治療。已知一種放射性同位素的半衰期較短，若要將其用于體內(nèi)成像，需要考慮以下哪個(gè)因素對其成像效果的影響？（）A.同位素的衰變方式B.其在體內(nèi)的生物分布C.輻射劑量對人體的危害D.以上都是19、在核物理實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常需要對粒子進(jìn)行加速。常見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優(yōu)勢在于（）A.能夠加速更高能量的粒子B.結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低C.占用空間小D.操作維護(hù)方便20、在核醫(yī)學(xué)中，放射性同位素的應(yīng)用廣泛。假設(shè)我們使用碘-131進(jìn)行甲狀腺疾病的診斷和治療，那么碘-131發(fā)射的射線類型和能量是怎樣的？它在體內(nèi)的代謝過程和分布特點(diǎn)是什么？治療過程中如何確定劑量以避免對周圍組織造成過度損傷？同時(shí)，放射性同位素治療后的輻射防護(hù)措施有哪些？（）A.發(fā)射β射線，隨血液分布，根據(jù)病情和體重定劑量，限制接觸和隔離B.發(fā)射γ射線，集中在甲狀腺，依據(jù)年齡和身體狀況，保持距離和屏蔽C.發(fā)射α射線，均勻分布全身，考慮病灶大小，使用防護(hù)服D.以上均不正確21、核科學(xué)中的輻射成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。正電子發(fā)射斷層掃描（PET）是一種核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，其原理基于正電子與電子的湮滅產(chǎn)生一對γ光子。以下關(guān)于PET成像的特點(diǎn)，哪一項(xiàng)是正確的？（）A.空間分辨率高B.對軟組織的分辨能力強(qiáng)C.成像速度快D.輻射劑量低22、在核聚變研究中，實(shí)現(xiàn)等離子體的約束是關(guān)鍵問題之一。除了托卡馬克裝置，還有其他一些等離子體約束裝置，如仿星器。仿星器與托卡馬克相比，其特點(diǎn)在于：（）A.磁場結(jié)構(gòu)更復(fù)雜B.等離子體穩(wěn)定性更好C.工程難度更大D.以上都是23、核反應(yīng)堆中的燃料元件在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生裂變產(chǎn)物，這些裂變產(chǎn)物的放射性和毒性各不相同。假設(shè)某燃料元件運(yùn)行了一定時(shí)間后，產(chǎn)生了一種半衰期為20年的裂變產(chǎn)物，初始活度為10^(12)Bq。經(jīng)過60年后，該裂變產(chǎn)物的活度大約變?yōu)槎嗌伲浚ǎ〢.1.25×10^(11)BqB.2.5×10^(11)BqC.5×10^(11)BqD.1×10^(12)Bq24、放射性廢物的處理和處置是核工業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。某核設(shè)施產(chǎn)生了一批低放射性廢物，其放射性活度為10^(6)Bq，主要包含短半衰期的同位素。如果采用近地表處置的方式，在經(jīng)過10個(gè)半衰期后，這批廢物的放射性活度大約降低到多少？（）A.100BqB.10BqC.1BqD.0.1Bq25、核技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有應(yīng)用，如輻射育種、食品輻照保鮮等。在食品輻照保鮮中，使用一定劑量的γ射線照射食品，以殺滅微生物和寄生蟲。假設(shè)需要對一批水果進(jìn)行輻照處理，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為10^(6)CFU/g，要求處理后微生物含量不超過100CFU/g。如果γ射線對微生物的殺滅效率為90%，那么至少需要多大劑量的輻照（以戈瑞為單位）？（）A.2B.4C.6D.8二、簡答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）詳細(xì)說明核技術(shù)在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用，如料位測量、密度測量、厚度測量等。分析核測量技術(shù)在提高工業(yè)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和自動(dòng)化水平方面的優(yōu)勢和應(yīng)用實(shí)例，以及如何解決測量中的干擾和誤差問題。2、（本題5分）核科學(xué)與技術(shù)中的核材料研究具有重要意義。請?jiān)敿?xì)論述核材料的性能和特點(diǎn)，如燃料材料的耐輻照性能、結(jié)構(gòu)材料的高溫強(qiáng)度等。分析核材料的制備和加工技術(shù)，以及如何評估核材料的使用壽命和可靠性。解釋如何開展核材料的研發(fā)工作，以滿足先進(jìn)核反應(yīng)堆的發(fā)展需求。3、（本題5分）在核科學(xué)研究中，核結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)理論是重要的基礎(chǔ)學(xué)科。請深入論述核結(jié)構(gòu)的基本模型（如殼模型、集體模型等）和核反應(yīng)的基本理論（如光學(xué)模型、復(fù)合核模型等），分析其在解釋核現(xiàn)象和預(yù)測核性質(zhì)方面的應(yīng)用。探討核結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)理論的最新研究進(jìn)展和未解決的問題。4、（本題5分）在核科學(xué)與技術(shù)中，核輻射的生物效應(yīng)是研究輻射防護(hù)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。請全面闡述核輻射對生物體的作用機(jī)制和影響，如細(xì)胞損傷、基因突變、組織器官損傷等。分析不同類型和劑量的核輻射產(chǎn)生的生物效應(yīng)差異，以及如何評估輻射對人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。探討如何利用核輻射的生物效應(yīng)進(jìn)行腫瘤治療等醫(yī)學(xué)應(yīng)用，同時(shí)采取有效的防護(hù)措施降低輻射危害。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)堆的燃料組件由180根燃料元件組成，每根燃料元件的熱功率為4.5kW，鈾-235的富集度為3.8%。計(jì)算燃料組件的總熱功率和鈾-235的消耗速率。若反應(yīng)堆運(yùn)行900小時(shí)，求燃料組件的燃耗。2、（本題5分）某核電廠的蒸汽發(fā)生器，傳熱管內(nèi)徑為20mm，壁厚為2mm，管長為15m。一次側(cè)冷卻劑入口溫度為320℃，出口溫度為290℃；二次側(cè)蒸汽壓力為5MPa，飽和溫度為264℃。假設(shè)傳熱管的熱導(dǎo)率為20W/(m·K)，計(jì)算傳熱管的傳熱面積、傳熱量以及一次側(cè)到二次側(cè)的傳熱系數(shù)。3、（本題5分）一個(gè)核反應(yīng)堆的反射層由石墨組成，厚度為45cm。熱中子在石墨中的擴(kuò)散系數(shù)為0.75cm，宏觀吸收截面為0.0025cm^-1。計(jì)算熱中子在反射層中的擴(kuò)散長度和逃脫共振幾率。4、（本題5分）某研究用反應(yīng)堆，其活性區(qū)由均勻分布的燃料元件組成，燃料元件為鈾-235，富集度為3.5%?；钚詤^(qū)的半徑為45cm，高度為90cm，熱中子通量為1.5×10^13n/(cm2·s)，鈾-235的微觀裂變截面為580×10^-24cm2。計(jì)算反應(yīng)堆的熱功率。若反應(yīng)堆運(yùn)行80天，求總共釋放的能量。5、（本題5分）某核反應(yīng)堆的堆芯采用正方形柵格排列的燃料元件，柵格間距為20mm，燃料元件為圓柱形，直徑為15mm。堆芯的邊長為2m，燃料的富集度為3.2%，平均熱中子通量為1.6×10^14n/(cm2·s)，燃料的密度為10.2g/cm3。計(jì)算堆芯內(nèi)燃料元件的數(shù)量，以及單位時(shí)間內(nèi)堆芯的裂變能產(chǎn)生速率。同時(shí)，分析燃料元件之間的中子相互作用，假設(shè)中子在燃料元件內(nèi)的擴(kuò)散長度為2cm。四、論述題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）全面論述核技術(shù)在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用，如X射線探傷、γ射線探傷、中子探傷等