高考申論題
111年
[核子工程] 核能概論
第 二 題
📖 題組：
輕水式反應器運轉後的主冷卻水均含有不少放射性核種，如鈷-60、鈷-58、鉻-51、錳-54、鐵-59 及氚。其中，絕大多數核種可經水質淨化系統加以濾除收集，但氚無法由水質淨化系統濾除，必須透過冷卻水批次更換，將其移出主冷卻水系統。（每小題 10 分，共 20 分） (一)請詳述沸水式反應器主冷卻水中氚的產生機制。 (二)比較發電功率相近的壓水式反應器與沸水式反應器，可發現壓水式反應器中氚的產出量明顯較高，請詳述其原因。
輕水式反應器運轉後的主冷卻水均含有不少放射性核種，如鈷-60、鈷-58、鉻-51、錳-54、鐵-59 及氚。其中，絕大多數核種可經水質淨化系統加以濾除收集，但氚無法由水質淨化系統濾除，必須透過冷卻水批次更換，將其移出主冷卻水系統。（每小題 10 分，共 20 分） (一)請詳述沸水式反應器主冷卻水中氚的產生機制。 (二)比較發電功率相近的壓水式反應器與沸水式反應器，可發現壓水式反應器中氚的產出量明顯較高，請詳述其原因。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (二)
比較發電功率相近的壓水式反應器與沸水式反應器，可發現壓水式反應器中氚的產出量明顯較高，請詳述其原因。
思路引導 VIP
考生看到此題應先回想『氚的產生機制』包含燃料三元分裂與冷卻水成份的中子活化。接著切入比較 PWR 與 BWR 在『水化學與反應度控制系統』上的根本差異，特別是 PWR 冷卻水中特有的添加物（控制反應度的硼酸、調節pH值的氫氧化鋰），最後寫出對應的核反應式即可得分。
小題 (一)
請詳述沸水式反應器主冷卻水中氚的產生機制。
思路引導 VIP
看到「氚的產生機制」，應直覺聯想到核反應中釋放氚的三大途徑：三體分裂（Ternary Fission）、冷卻水中同位素的中子捕獲（如氘），以及特定核種（如硼、鋰）的中子活化。作答時需依照「肇因（中子照射）→ 物理機制（核反應）→ 傳輸路徑（直接生成或穿越護套屏障擴散）」的邏輯來論述。
PWR與BWR氚產量差異
💡 PWR因添加硼與鋰進行化學控制，導致氚產量遠高於BWR。
| 比較維度 | 壓水式反應器 (PWR) | VS | 沸水式反應器 (BWR) |
|---|---|---|---|
| 反應度控制 | 化學補償(硼酸) | — | 控制棒與循環流量 |
| 水質添加劑 | 硼酸、氫氧化鋰 | — | 高純水(不加硼鋰) |
| 主要產氚機制 | 硼與鋰的中子活化 | — | 三元分裂與氘活化 |
| 氚產出量 | 顯著較高 | — | 較低 |
💬PWR因長期使用硼、鋰化學控制，額外產生大量氚，故產量遠高於BWR。
