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高考申論題 106年 [核子工程] 核能概論

第 一 題

📖 題組:
一、(一)何謂遲延中子及延遲時間決定於何種衰變?(5 分)(二)遲延中子在核反應器的控制上扮演何種重要的任務?(5 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

何謂遲延中子及延遲時間決定於何種衰變?(5 分)

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看到本題應直擊『遲延中子』的物理來源:它並非在核分裂瞬間產生,而是分裂碎片衰變的產物。答題時須明確指出『延遲時間』的長短,實際上是取決於母核種進行『貝他(β)衰變』的半衰期,而非中子本身的發射時間。

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「遲延中子」(Delayed Neutrons)指在核反應器中,並非於核分裂瞬間立即釋放,而是由特定的核分裂產物(稱為遲延中子母核種)經過一段時間後才釋放出來的中子(以鈾-235為例,約佔總中子數的 0.65%)。 其「延遲時間」決定於母核種的「貝他(β⁻)衰變」。物理機制為:核分裂產生的母核種先進行 β⁻ 衰變(此過程具有特定的半衰期,從數毫秒到數十秒不等),衰變後產生的子核種處於高度激發態,因為激發能高於中子束縛能,隨即會瞬間釋放出中子。因此,遲延中子釋放的延遲時間,實質上就是母核種發生 β⁻ 衰變的半衰期所決定的時間。

小題 (二)

遲延中子在核反應器的控制上扮演何種重要的任務?(5 分)

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考生看到此題應立刻聯想到「中子生命週期」與「反應器週期」的關聯。解題關鍵在於對比「瞬發中子」的極短壽命與「遲延中子」的長衰變時間,進而推導出其如何為機械控制系統爭取作動時間,避免瞬發臨界的發生。

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【破題】 遲延中子是使核反應器能夠被人類與機械安全控制的關鍵物理基礎,避免了反應器因功率暴增而失控。 【論述】

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