核 工 原 理 、熱 水 流 學 第 1 頁，共 3 頁
經濟部所屬事業機構 103 年新進職員甄試試題
類 別 : 核 工 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 核 工 原 理 2 . 熱 水 流 學
注 意 事 項
1.本試題共 3 頁(A3 紙 1 張)。
2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。
3.本試題分 6 大題，每題配分於題目後標明，共 100 分。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答，不提供額外之答案卷，作答時須詳列解答過程，於本試題或其他 紙張作答者不予計分。
4.本試題採雙面印刷，請注意正、背面試題。
5.試題須隨答案卷(卡)繳回。
6.考試時間：120 分鐘。
一、請回答以下問題：
(一)(1)何謂次臨界增殖(Subcritical Multiplication)？（2 分）
(2)請推導反應爐在次臨界達平衡狀態下，最大中子通量(Nmax)、中子源(S0)及有效增殖 因數(Keff)的關係。（3 分）
(二)(1)請說明何謂中子毒素？並請列舉沸水式反應器內之中子毒素的種類。（2 分）
(2)請說明 Xe-135 及 Sm-149 在沸水式反應器內之產生與移除機制。（4 分）
(三)(1)請說明何謂都卜勒擴張(Doppler Broading)。（2 分）
(2)說明都卜勒效應(Doppler Effect)於爐心壽命初期(BOC)、中期(MOC)及末期(EOC)，
哪一時期的效應最強，請說明其原因。（2 分）
二、請回答有關沸水式反應爐反應度係數的問題：
(一)請說明何謂反應度係數？並列出主要的反應度係數。（5 分）
(二)請說明反應爐在 75 %熱功率運轉時，發生下列狀況，那一個反應度係數最先作用？如 何作用？
(1)增加反應爐爐心再循環水流量。（3 分）
(2)抽出控制棒。（3 分）
(3)一只反應爐主蒸汽管隔離閥突然關閉。（3 分）
(4)一串高壓飼水加熱器隔離。（3 分）
(5)一只反應爐安全釋壓閥 (Safety Relief Valve，SRV) 突然打開。（3 分）
【請翻頁繼續作答】
核 工 原 理 、熱 水 流 學 第 2 頁，共 3 頁 三、(一)請說明沸水式反應爐之停機餘裕。（3 分）
(二)一沸水式反應爐核心之停機餘裕為 1.2%△K/K，最強控制棒之本領為 3.8%△K/K，若 控制棒全入時其中子通量讀數為 N0，請估計需抽捧加入多少反應度後，中子通量讀 數會上升達5 倍 N0？(請計算至小數點後三位，以下四捨五入)（9 分）
(三)中子通量讀數達 5 倍 N0 時，反應爐核心之反應度為多少？停機餘裕又為多少？(請計 算至小數點後三位，以下四捨五入)（3 分）
四、一反應器爐心由長 12 呎、直徑 0.4 吋之燃料棒排列組合而成。該反應爐運轉於額定熱功 率3,500 MW，且所計算得之最大熱通量(Maximum calculated heat flux)為 379,000 Btu/hr-ft2
，整體熱通道因數(overall hot channel factor)為 2.7。試計算下列各項：(1 W = 3.412 Btu/hr
；計算至整數位即可，以下四捨五入)
(一)爐心內所有燃料棒之總熱傳面積（10 分）
(二)爐心內所有燃料棒之總數（5 分）
(三)假設 DNB Ratio 值為 2.0，請計算燃料棒實際熱通量值恰為平均熱通量時之臨界熱通 量為何?（5 分）
五、【圖一】所示為某一水流以 20 ft/sec 之速度和 10.3 psig 之壓力，流經內徑 12 吋之水平管 路(其保溫層外徑約為 40 公分，表面溫度為 50℃，表面輻射率為 0.8，室內空氣與環境的 溫度均為 30℃)，轉彎向下達 20 呎，然後再次保持水平且內徑增加為 15 吋。試計算下列 各項：(已知水的密度為 62.4 lbm/ft3，Stefan-Boltzman 常數 σ=5.67 x 10-8 W/m2K4，不考慮 摩擦力損耗；計算至小數點下一位，以下四捨五入)
(一)假設最後質量速度為 500 lbm/sec，則最後水流壓力為多少 psia？（5 分）
(二)假設空氣自然對流的熱傳遞係數為 4 W/m2K，試計算室內具保溫管路之單位長度熱損 失。（5 分）
【圖一 】管路示意圖
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六、具有飼水加熱器(feedwater heater)之再生朗肯循環(regenerative Rankine cycle)中，水蒸汽在 4 MPa、400℃的狀況下進入汽輪機，以等熵(entropy)膨脹至中間壓力 800 kPa 後，有部分 水蒸汽從汽輪機內抽出與飼水混合，在 800 kPa 壓力下熱交換成飽和液體，而另外一個泵 將此飽和液體加壓至 4 Mpa 後再運送到蒸汽產生器。未被抽出之水蒸汽在汽輪機內繼續 膨脹至50 kPa，請回答下列問題：(hfg = 2305.4 kJ/kg，sfg = 6.5029 kJ/kg-K，其餘各狀態點 的性質請參考附表；計算至小數點下一位，以下四捨五入)
狀態點 溫度 (T, ℃) 壓力 (P, kPa) 焓 (h, kJ/kg) 熵 (s, kJ/kg-K) 比容 (v, m3/kg)
1 81.33 50 340.49 1.0910 0.00103 2 81.51 800 341.26 1.0910
3 170.43 800 721.11 2.0462 0.001115 4 171.28 4000 724.68
5 400 4000 3213.6 6.7690
6 191 800 2817.8
7 81.33 50
(一)請繪出此一循環之溫度-熵(T-S)圖（5 分）
(二)汽輪機出口蒸汽的焓值(enthalpy)（10 分）
(三)此一循環之熱效率為多少%？（5 分）
