高考申論題
108年
[核子工程] 核工原理
第 一 題
📖 題組：
請說明： (一)核融合與核分裂等核反應釋出能量之機制。（5 分） (二)可控制的核分裂連鎖反應（chain reaction）之條件。（5 分） (三)假設一個反應爐，爐心平均熱功率密度為 100kW/Litter、核燃料每個核分裂反應平均釋出 200MeV 能量（1MeV=1.6x10⁻¹³ J），燃料密度為 10g/cc，U-235 濃縮度為 5%，U-235 之分裂截面積為 500barns，請問爐心之平均中子通量？（10 分） (四)以上述爐心平均功率運轉 100 天，假設爐心燃料平均密度為 2g/cc，請問燃料之平均燃耗（MWD/MT）為多少？（5 分）
請說明： (一)核融合與核分裂等核反應釋出能量之機制。（5 分） (二)可控制的核分裂連鎖反應（chain reaction）之條件。（5 分） (三)假設一個反應爐，爐心平均熱功率密度為 100kW/Litter、核燃料每個核分裂反應平均釋出 200MeV 能量（1MeV=1.6x10⁻¹³ J），燃料密度為 10g/cc，U-235 濃縮度為 5%，U-235 之分裂截面積為 500barns，請問爐心之平均中子通量？（10 分） (四)以上述爐心平均功率運轉 100 天，假設爐心燃料平均密度為 2g/cc，請問燃料之平均燃耗（MWD/MT）為多少？（5 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
核融合與核分裂等核反應釋出能量之機制。
思路引導 VIP
看到此題應立刻聯想「質量虧損（Mass Defect）」與「每核子結合能（Binding Energy per Nucleon）曲線」。說明時需先點出愛因斯坦質能互換公式（$E=mc^2$），再分別以重核分裂成中等質量核、輕核融合為較重核的過程，解釋系統如何向高結合能（更穩定）狀態發展而釋放能量。
小題 (二)
可控制的核分裂連鎖反應（chain reaction）之條件。
思路引導 VIP
看到「可控制」與「連鎖反應」，必須立刻將考點拆解為物理層面的「臨界條件（keff=1）」與工程控制層面的「延遲中子（Delayed neutrons）」。這是核工必考觀念，答題時切記強調延遲中子如何延長反應器週期以避免瞬發臨界，並補充負迴饋效應的本質安全機制。
小題 (三)
假設一個反應爐，爐心平均熱功率密度為 100kW/Litter...請問爐心之平均中子通量？
思路引導 VIP
這是一道標準的反應器物理計算題，看到題目先想到熱功率密度公式 P''' = Σ_f × φ × E_f。解題關鍵在於各物理量（特別是體積與能量）的單位換算，以及正確求出 U-235 的原子數密度，最後代入公式求解中子通量。
小題 (四)
以上述爐心平均功率運轉 100 天，假設爐心燃料平均密度為 2g/cc，請問燃料之平均燃耗（MWD/MT）為多少？
思路引導 VIP
看到燃耗（Burnup）的計算，首要釐清其定義為「單位質量的燃料所產生的能量」，單位通常為 MWD/MT。利用給定的平均熱功率密度乘上運轉天數求得單位體積的能量產出，再除以單位體積的燃料質量（轉換為公噸）即可得解。