高考申論題
107年
[核子工程] 核工原理
第 一 題
📖 題組：
五、輕水式反應器反應度之溫度係數可由三種溫度係數相加而得,根據此種關係請回答下列問題:
五、輕水式反應器反應度之溫度係數可由三種溫度係數相加而得,根據此種關係請回答下列問題:
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請說明三種溫度係數之名稱。(5分)
思路引導 VIP
本題考查核反應器物理中「總溫度係數」的組成。在標準核工原理（如 Lamarsh 教科書）中，總溫度係數並非單一現象，而是依據物理機制嚴格拆解為：核截面變化、介質密度變化以及幾何體積膨脹三個獨立效應的疊加。答題時應從這三個物理層面來準確命名。
小題 (二)
請說明三種溫度係數在溫度上升時是正值還是負值?綜合相加結果是正值還是負值?(5分)
思路引導 VIP
考生看到此題應立刻聯想輕水式反應器（LWR）的「固有安全性（Inherent Safety）」設計原則。解題關鍵在於列出構成整體溫度係數的三大要素（燃料溫度/都卜勒、緩和劑溫度、空泡/密度係數），並利用核反應爐物理的欠緩和（Under-moderated）設計與都卜勒展寬效應，推導出各項係數皆為負值的結論。
小題 (三)
請說明三種溫度係數的主要決定因素,並請依據題(二)之回答說明造成正值或負值 的理由。(10分)
思路引導 VIP
看到反應度溫度係數的題型，應直覺聯想到核反應器的「固有安全機制（負回饋）」。必須將整體溫度係數拆解為微觀的物理效應：(1) 燃料都卜勒效應、(2) 緩和劑密度變化（水膨脹）、(3) 緩和劑能譜硬化（Maxwell-Boltzmann 分佈位移）。論述正負值時，務必結合六因式公式（尤其是共振逃逸機率 p 與熱中子利用率 f）及壓水式反應器（PWR）的硼酸濃度實務來解釋。