高普考題庫
101 年 101年公務人員高等考試三級考試暨普通考試

核工原理

這科隨機練其他年份

本卷皆為申論題，點「看答案與解析」查看擬答。

申論 1請繪出下列衰變程序或核反應釋出粒子典型能譜：（每小題3 分，共15 分）㈠Alpha-Decay㈡Beta-Decay㈢Prompts Fission Neutrons㈣K-Capture㈤Delayed Fission Neutrons
申論 2部分核分裂產物會強烈吸收中子，被稱為中子毒物，其中最重要的是Xe-135，其中子吸收截面高達2.65×106 barn。Xe-135 同位素本身為分裂產物，同時亦會因I-135 的貝他衰變而產生；其相關衰變過程如下所示：β-135β-135β-135β-135135Te⎯⎯→I⎯⎯→Xe⎯⎯→Cs⎯⎯→⎯Ba(stable)11sec7.6hr2.9hr3.2×106yr↑↑↑fissionfissionfission請寫出㈠I-135 與Xe-135 的平衡微分方程式。（6 分）㈡反應器正常運轉時I-135與Xe-135 的平衡濃度。（4 分）㈢當反應器功率於瞬間增加與降低時，Xe-135 濃度的暫態反應（定性趨勢即可）。（5 分）
申論 3請寫出2 群中子擴散微分方程式（2 Group Diffusion Equations），推導2 群臨界方程式（2 Group Criticality Equation），並於前述臨界方程式中列出中子於減速過程中之非逃逸機率（Non-leakage Probability）。（請詳述推導過程及清楚定義方程式中的符號。）（20 分）
申論 4請用下表所列之數據說明U-233、U-235 與U-238 是fissile，還是fissionable nuclide？如果是fissionable nuclide，請計算中子會引發核分裂反應的低限值。（中子質量為1.008665 amu，1 amu 相當於931 MeV 的能量。）（15 分）核種 質量(amu) 臨界能量U-233 233.0396285.50 MeVU-234 234.0409454.60 MeVU-235 235.0439235.75 MeVU-236 236.0455625.3 MeVU-238 238.0507825.85 MeVU-239 239.0542885.50MeV（請接第二頁）101年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36370第二 頁類 科： 核子工程科 目： 核工原理
申論 5簡答題：㈠何謂滋生（breeding）？滋生反應器最主要的特質為何？其與一般的反應器最顯著的差別為何？（5 分）㈡何謂延遲中子（delayed neutron）？其存在對電廠穩定運轉的重要性為何？（5 分）
申論 6一個裸露之正方體熱中子反應器（bare thermal reactor），爐心為均勻混合的U-235 與石墨，兩種材料的原子密度比（ratio of atom densities）為N/N=2.0×10-5，燃料溫度為FM20℃。請利用modified one-group theory計算：㈠臨界尺寸（the critical dimension）；（7 分）㈡臨界所需之U-235 質量；（3 分）㈢當反應器功率為1 MW時，最大熱中子通率；（5 分）㈣爐心內產生中子的洩漏機率；（5 分）㈤如果將該反應器浸入大型的水槽中，請重新計算臨界尺寸。（5 分）（U-235 的原子量為235.043923 g/g-mole。）各類型緩和劑於20℃下之重要物理參數值Moderator DensityD ,cm ∑,cm-1L2 ,cm2L ,cm(g/cm3) aTTHO 1.00 0.16 0.0197 8.1 2.85DO 1.10 0.87 9.3×10-59.4×10397Be 1.85 0.50 1.04×10-3480 21Graphite 1.60 0.84 2.4×10-43500 59Fast-Group Constants for Various ModeratorsModeratorD ,cm ∑,cm-1τ ,cm211THO 1.13 0.0419 ~27DO 1.29 0.00985 131Be 0.562 0.00551 102Graphite 1.016 0.00276 368Value ofη of Various FissileTT, C U-233 U-235 Pu-239Thermal (0.0253 eV) Data for the Fissile Nuclidesσ (b) σ (b) α η νafU-233 577.8 531.1 0.0899 2.287 2.492U-235 680.8 582.2 0.169 2.068 2.418Pu-2391011.3 742.5 0.362 2.108 2.871Pu-2411377.0 1009.0 0.365 2.145 2.917（請接第三頁）101年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36370第三 頁類 科： 核子工程科 目： 核工原理Non- 1ν Factors of Various NuclidesU-233 U-235 U-238 Pu-239T, C gggggggafafaafUseful Equationsλ112D=tr,λ==,μ=tr∑∑(−μ)313AtrsDDD()L2=,L2=,τ=1,M2=L2+τ∑T∑T∑TTT∑Nσ()Z=aF=FaF,L2=1−fL2∑NσTTMaMMaMExtrapolation Distance: d=.071λtrφπ⎛T⎞12o=⎜⎝o⎟⎠,T=293.61oKφ2ToTπ( )()⎛T⎞12∑=gT∑E⎜o⎟⎠,T=293.61oKa2aao⎝To()δ=2.7+.010M2−400.,forwaterTReflector Saving: Dδ≅cL,forreflectorotherthanwaterDTrrImportant Constant: E = 200 MeVR1 MeV = 1.602 × 10-13 JouleBucklings and Fluxes for Critical Bare ReactorsGeometry Dimensions Buckling Flux A Ω⎛π⎞2 ⎛πx⎞Infinite Slab Thickness, a ⎜ ⎟ Acos⎜⎟ .157PaEΣ1.57~⎝a~⎠Rf⎝a⎠⎛π⎞2⎛π⎞2⎛π⎞2⎛πx⎞⎛πy⎞⎛πz⎞Rectangular a×b×c ⎜⎟+⎜⎟+⎜⎟ Acos⎜⎟cos⎜⎜⎟⎟cos⎜⎟ .387PVE∑ 3.87~⎜~⎟~~~~Rf⎝a⎠⎝b⎠⎝c⎠⎝a⎠⎝b⎠⎝c⎠⎛.2405⎞2⎛.2405r⎞Infinite Cylinder Radius R ⎜⎟ AJ⎜~⎟ .0738PR2E∑2.32~0⎝⎠Rf⎝R⎠R⎛.2405⎞2⎛π⎞2⎛.2405r⎞⎛πz⎞Finite Cylinder Radius R ⎜⎟+⎜⎟ AJ⎜⎟cos⎜⎟ .363PVE∑ 3.63~~0~~Rf⎝R⎠⎝H⎠⎝R⎠⎝H⎠Height H⎛π⎞21⎛πr⎞Sphere Radius R ⎜ ⎟ Asin⎜~⎟ .025PR2E∑ 3.29~r⎝R⎠Rf⎝R⎠