核反应堆物理试题和答案

核反应堆物理试题和答案

一、选择题（本题型共15题，每题1分，共15分）

1.核反应堆中，慢化剂的主要作用是（）A.提高中子增殖速度B.将快中子能量降低至热中子能量C.产生易裂变核素D.控制反应堆功率变化

2.反应堆达到临界状态时，下列哪项参数等于1？（）A.中子通量密度B.有效增殖因数ksubeff/subC.反应性ρD.中子平均自由程

3.下列哪种核素属于易裂变核素？（）A.U-238B.Pu-239C.Th-232D.U-

2324.缓发中子在总中子中所占的份额约为（）A.

0.001B.

0.007C.

0.015D.

0.

0255.当反应堆反应性ρ0时，有效增殖因数ksubeff/sub（）A.等于1B.小于1C.大于1D.不确定

6.压水堆中常用的慢化剂材料是（）A.石墨B.重水C.普通水D.铍

7.控制棒材料通常需具备强中子（）能力A.慢化B.吸收C.散射D.泄漏

8.多普勒效应导致反应性下降的现象称为（）A.正多普勒效应B.负多普勒效应C.共振效应D.慢化效应

9.非泄漏概率P的物理意义是中子在堆芯内（）的概率A.被吸收B.引发裂变C.不发生泄漏D.被冷却剂吸收

10.反应性的常用单位是（）第1页共8页A.瓦特B.居里C.pcm（10sup-6/sup）D.西弗

11.中子平均自由程λ的计算公式为（）A.λ=1/Σsuba/sub B.λ=1/Σsubf/sub C.λ=1/Σsubt/sub D.λ=1/Σsubs/sub

12.慢化比的定义是（）A.慢化能力与吸收截面之比B.吸收截面与慢化能力之比C.慢化长度与扩散长度之比D.扩散长度与慢化长度之比

13.热中子利用因数p的定义是（）A.热中子总数与快中子总数之比B.热中子被燃料吸收的概率与总热中子概率之比C.裂变中子数与吸收中子数之比D.非易裂变核素吸收中子数与总吸收中子数之比

14.反应堆周期T的定义是（）A.中子通量密度增加一倍所需时间B.中子总数增加一倍所需时间C.反应性变化1%所需时间D.功率增加一倍所需时间

15.下列哪种因素会导致非泄漏概率增大？（）A.堆芯几何尺寸增大B.中子平均自由程减小C.中子平均自由程增大D.燃料富集度提高

二、填空题（本题型共15题，每题1分，共15分）

1.核反应堆中，由核裂变释放的中子按能量可分为快中子、______和热中子

2.反应堆临界状态时，有效增殖因数ksubeff/sub=______

3.慢化剂通过与快中子发生______散射，将其能量降低至热中子范围

4.反应性温度系数描述的是反应堆______变化时引起的反应性变化第2页共8页

5.燃料温度升高导致共振吸收截面增大，这种现象称为______效应

6.快中子增殖因数ε定义为______中子数与快中子数之比

7.易裂变核素在______中子作用下发生裂变的概率远高于快中子

8.非泄漏概率P的影响因素包括堆芯几何形状和中子______

9.慢化长度是描述快中子在慢化过程中传播的______参数

10.缓发中子的寿命期比瞬发中子的寿命期______（填“长”或“短”）

11.反应堆控制棒通过插入或抽出改变______吸收量，调节反应性

12.当反应堆的ksubeff/sub1时，反应性ρ______0（填“大于”或“小于”）

13.热中子利用因数p的物理意义是热中子被燃料吸收的______

14.非泄漏概率P=1-______（填“泄漏概率”或“吸收概率”）

15.反应堆的负温度系数特性有助于______功率波动，提高安全性

三、简答题（本题型共10题，每题3分，共30分）

1.简述中子慢化的主要过程及其对热中子反应堆的重要性

2.什么是反应堆临界状态？临界状态下满足哪些基本条件？

3.反应性的定义是什么？影响反应性的主要因素有哪些？

4.解释多普勒效应的物理机制，并说明其对反应堆安全的意义

5.缓发中子在反应堆动态控制中有何作用？为什么？

6.慢化剂的主要作用是什么？列举两种常用慢化剂及其特点

7.控制棒的工作原理是什么？为什么控制棒材料需具备强中子吸收能力？

8.易裂变核素与可转换核素最大的区别是什么？请各举一个例子

9.什么是反应性温度系数？正、负温度系数分别对反应堆安全有何影响？第3页共8页

10.非泄漏概率P的定义是什么？其大小受哪些因素影响？

四、计算题（本题型共8题，每题5分，共40分）

1.某反应堆的快中子增殖因数ε=1mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math05，逃脱共振几率p=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math98，热中子利用因数f=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math95，易裂变核素转换比η=1mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math2，求有效增殖因数ksubeff/sub（公式ksubeff/sub=η·ε·p·f）

2.某反应堆总中子截面Σsubt/sub=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math5cmsup-1/sup，求其中子平均自由程λ（公式λ=1/Σsubt/sub）

3.某反应堆慢化能力为0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math8cmsup-1/sup，吸收截面为0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math2cmsup-1/sup，求慢化比（公式慢化比=慢化能力/吸收截面）

4.某反应堆ksubeff/sub=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math第4页共8页995，求其反应性ρ（单位pcm，1pcm=10sup-6/sup）（公式ρ=ksubeff/sub-1/ksubeff/sub×10sup6/sup）

5.燃料温度升高导致共振吸收截面从500b变为550b，反应堆ksubeff/sub=1mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math0，求反应性变化Δρ（Δρ≈Δσsubres/sub/σsubres/sub·ksubeff/sub×10sup6/sup，Δσsubres/sub=50b）

6.某反应堆快中子裂变率Σsubf_fast/sub=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math3cmsup-1/sup，快中子吸收总数Σsuba_fast/sub=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math1cmsup-1/sup，求快中子增殖因数ε（公式ε=1+Σsubf_fast/sub/Σsuba_fast/sub）

7.某反应堆热中子被燃料吸收的数量为60，热中子总数为100，求热中子利用因数p（公式p=燃料吸收热中子数/热中子总数）

8.某反应堆逃脱共振几率p=0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math9，快中子在慢化过程中被共振吸收的概率为0mathxmlns=http://www.w

3.org/1998/Math/MathMLmo·/mo/math1，解释p的物理意义

五、论述题（本题型共5题，每题10分，共50分）

1.比较压水堆（PWR）和重水堆（CANDU）在核反应堆物理特性上的差异，并分析对堆芯设计的影响第5页共8页

2.论述反应性引入事故（RIA）对反应堆安全的影响机制，以及核电厂应对RIA的主要控制措施

3.结合中子慢化过程，说明慢化剂为何是热中子反应堆的核心组成部分，并举例不同慢化剂的性能特点

4.解释反应堆动态方程Nt=ρ-β/Λ·Nt+St的物理意义，说明各参数对反应堆动态特性的影响

5.比较缓发中子和瞬发中子对反应堆控制的影响，分析为何现代核反应堆普遍采用缓发中子主导的控制方式参考答案

一、选择题

1.B

2.B

3.B

4.B

5.C

6.C

7.B

8.B

9.C

10.C

11.C

12.A

13.B

14.A

15.C

二、填空题

1.中能中子

2.

13.弹性

4.温度

5.多普勒

6.裂变产生的快

7.热

8.平均自由程

9.平均传播距离

10.长

11.中子

12.小于

13.概率

14.泄漏概率

15.抑制

三、简答题（简要答案）

1.过程快中子通过弹性散射（慢化剂核）和非弹性散射降低能量；重要性使快中子转化为热中子，提高裂变概率，维持链式反应

2.临界状态中子产生与消失动态平衡，中子通量密度稳定；条件ksubeff/sub=1，中子源强与吸收、泄漏平衡

3.定义ρ=ksubeff/sub-1/ksubeff/sub；因素燃料富集度、慢化剂温度、控制棒位置、冷却剂状态

4.机制燃料温度升高→共振吸收截面增大→中子被吸收增多→反应性下降；意义负温度系数抑制功率波动，提高安全性第6页共8页

5.作用缓发中子寿命长（约秒级），使反应堆周期较长（几秒至几分钟），便于控制棒调节；原因瞬发中子寿命极短（微秒级），无缓发中子会导致功率失控

6.作用降低快中子能量至热中子；特点普通水（成本低，易腐蚀）、重水（慢化性能好，成本高）、石墨（耐高温，易脆化）

7.原理通过插入/抽出改变中子吸收量调节反应性；材料需强吸收快速降低中子数，实现功率控制和紧急停堆

8.区别易裂变核素在热中子下裂变，可转换核素需快中子裂变；例子U-235（易裂变）、U-238（可转换）

9.定义温度变化1K引起的反应性变化；影响正温度系数加剧功率波动，负温度系数抑制波动

10.定义中子不泄漏概率；因素堆芯几何尺寸、中子平均自由程、燃料/慢化剂密度

四、计算题

1.

1.

1732.2cm

3.

44.-5025pcm

5.100pcm

6.

47.

0.

68.快中子在慢化过程中逃脱共振吸收的概率为

0.9（10%被共振吸收）

五、论述题（要点）

1.差异PWR用普通水慢化（富集铀，体积小），CANDU用重水慢化（天然铀，体积大）；影响PWR堆芯紧凑，需强控制；CANDU需大体积慢化剂，控制难度大

2.影响反应性突增→ksubeff/sub1→功率激增→燃料棒熔化；措施安全棒插入（吸收中子）、硼注（高浓度硼酸）、降低冷却剂流量

3.必要性热中子裂变截面最大，快中子需慢化；例子普通水（成本低）、重水（慢化比高）、石墨（耐高温）第7页共8页

4.意义描述中子浓度随时间变化；参数影响ρ时功率增长，β大周期长，Λ小响应快，St模拟外源

5.影响缓发中子长寿命（易控制），瞬发中子短寿命（易失控）；原因缓发中子主导使反应堆周期长，控制棒可及时调节，避免超临界事故第8页共8页。