高考申論題
111年
[核子工程] 核能概論
第 一 題
📖 題組：
中子與不同元素原子核的作用中，除了彈性散射與非彈性散射，另有輻射捕獲（Radiative Capture）、帶電粒子（Charged-Particle）生成及核分裂（Nuclear Fission）等反應。據此，請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分） (一)請詳述輻射捕獲的反應機制，並說明此反應為吸熱或是放熱反應。 (二)一般而言，帶電粒子生成反應多為吸熱反應，但某些輕核元素與中子進行的帶電粒子生成反應卻是屬於放熱反應，因而具有吸收低能量中子的特性。請以硼-10 同位素為例，完整寫出其與中子進行的帶電粒子反應式，並詳述此同位素於輕水式反應器運轉的可能應用方式。
中子與不同元素原子核的作用中，除了彈性散射與非彈性散射，另有輻射捕獲（Radiative Capture）、帶電粒子（Charged-Particle）生成及核分裂（Nuclear Fission）等反應。據此，請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分） (一)請詳述輻射捕獲的反應機制，並說明此反應為吸熱或是放熱反應。 (二)一般而言，帶電粒子生成反應多為吸熱反應，但某些輕核元素與中子進行的帶電粒子生成反應卻是屬於放熱反應，因而具有吸收低能量中子的特性。請以硼-10 同位素為例，完整寫出其與中子進行的帶電粒子反應式，並詳述此同位素於輕水式反應器運轉的可能應用方式。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請詳述輻射捕獲的反應機制，並說明此反應為吸熱或是放熱反應。
思路引導 VIP
考生看到此題應先寫出輻射捕獲的標準反應通式 X(n,γ)Y。接著分兩層次作答：首先描述物理機制（中子被吸收→形成激發態復合核→發射伽馬射線降階），其次由「結合能」與「質量虧損」的角度切入，說明因中子受核力束縛會釋放能量（Q值恆為正），故推導出其為放熱反應。
小題 (二)
一般而言，帶電粒子生成反應多為吸熱反應，但某些輕核元素與中子進行的帶電粒子生成反應卻是屬於放熱反應，因而具有吸收低能量中子的特性。請以硼-10 同位素為例，完整寫出其與中子進行的帶電粒子反應式，並詳述此同位素於輕水式反應器運轉的可能應用方式。
思路引導 VIP
考生看到此題應先回想核物理中硼-10與中子的(n,α)反應式，確保質量數與原子序平衡，並標明釋放的α粒子(He-4)與Li-7。接著，結合反應器工程知識，將B-10的「高熱中子吸收截面」特性應用於輕水式反應器(PWR/BWR)的四大面向：控制棒(固態)、可溶性毒物(液態硼酸)、可燃毒物(平坦化功率)及緊急停機系統(BWR的SLCS)。