2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——激光與核物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種激光器最適合用于產(chǎn)生高分辨率光譜？A.氦氖激光器B.紅寶石激光器C.半導(dǎo)體激光器D.鈦寶石激光器2.激光與物質(zhì)相互作用的主要過(guò)程不包括：A.吸收B.散射C.受激輻射D.核裂變3.下列哪種探測(cè)器最適合用于探測(cè)γ射線？A.電離室B.蓋革計(jì)數(shù)器C.閃爍計(jì)數(shù)器D.半導(dǎo)體探測(cè)器4.激光慣性約束聚變的主要挑戰(zhàn)是：A.激光能量不足B.慣性約束效果不佳C.核燃料點(diǎn)火困難D.實(shí)驗(yàn)裝置過(guò)于復(fù)雜5.激光散斑成像利用了激光的：A.單色性B.相干性C.方向性D.亮度6.下列哪種核輻射具有最短的半衰期？A.α射線B.β射線C.γ射線D.中子輻射7.半導(dǎo)體探測(cè)器的主要工作原理是：A.電離B.光電效應(yīng)C.內(nèi)光電效應(yīng)D.核磁共振8.激光濺射法制備薄膜的主要優(yōu)點(diǎn)是：A.成膜速率快B.薄膜均勻性好C.成本低D.以上都是9.激光雷達(dá)利用激光進(jìn)行：A.光譜分析B.無(wú)損檢測(cè)C.遙感測(cè)量D.核輻射探測(cè)10.激光核聚變點(diǎn)火的關(guān)鍵技術(shù)是：A.激光能量傳輸B.慣性約束C.核燃料點(diǎn)火D.等離子體診斷二、填空題（每空1分，共20分）1.激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)是受激輻射，其特點(diǎn)包括______、______和______。2.核輻射的主要類型包括α射線、β射線、______和______。3.激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的等離子體可以用于______和______。4.激光在核譜學(xué)研究中主要利用激光與原子核的______相互作用。5.激光離子源可以用于制備______和______。6.激光無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以用于______和______。7.激光慣性約束聚變的目標(biāo)是利用高能激光束產(chǎn)生______，從而壓縮核燃料并使其發(fā)生聚變反應(yīng)。8.激光散斑成像的原理是激光照射到粗糙表面后產(chǎn)生的______的干涉圖樣。9.半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)效率主要取決于______和______。10.激光在核醫(yī)學(xué)中可以用于______和______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述激光產(chǎn)生的原理。2.簡(jiǎn)述激光與物質(zhì)相互作用的主要過(guò)程。3.簡(jiǎn)述γ射線探測(cè)器的探測(cè)原理。4.簡(jiǎn)述激光慣性約束聚變的基本過(guò)程。5.簡(jiǎn)述激光散斑成像的原理及其應(yīng)用。6.簡(jiǎn)述激光在核醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一個(gè)激光器的輸出功率為1W，光束直徑為1mm，求該激光器的光束亮度（假設(shè)光束均勻分布在球面上，距離為1m）。2.一個(gè)閃爍計(jì)數(shù)器探測(cè)到1000個(gè)γ射線粒子，其中背景噪聲為100個(gè)，求該計(jì)數(shù)器的探測(cè)效率。五、論述題（10分）簡(jiǎn)述激光在核安全中的應(yīng)用，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。試卷答案一、選擇題1.D2.D3.C4.C5.B6.D7.C8.D9.C10.C二、填空題1.單色性、方向性、相干性2.γ射線、中子輻射3.等離子體診斷、激光散斑成像4.光譜5.等離子體、離子束6.材料缺陷檢測(cè)、文物表面無(wú)損檢測(cè)7.高溫高壓等離子體8.散斑9.探測(cè)器材料、入射光強(qiáng)10.腫瘤診斷、癌癥治療三、簡(jiǎn)答題1.激光產(chǎn)生的原理是基于受激輻射。當(dāng)光子照射到原子系統(tǒng)中，如果入射光子的能量等于原子激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能級(jí)差，則基態(tài)原子可能被激發(fā)到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)原子如果不發(fā)生自發(fā)輻射，則在外來(lái)光子作用下，可能以相同的光子狀態(tài)被發(fā)射出來(lái)，這個(gè)過(guò)程稱為受激輻射。通過(guò)諧振腔的設(shè)計(jì)，可以使受激輻射光子在腔內(nèi)不斷反射放大，最終形成激光輸出。2.激光與物質(zhì)相互作用的主要過(guò)程包括吸收、散射和受激輻射。吸收是指物質(zhì)原子吸收光子能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；散射是指光子在物質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播方向發(fā)生改變，同時(shí)可能伴隨著能量交換；受激輻射是指物質(zhì)原子在外來(lái)光子作用下，從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，并發(fā)射出與外來(lái)光子狀態(tài)相同的光子。3.γ射線探測(cè)器的探測(cè)原理主要基于γ射線與探測(cè)器材料相互作用產(chǎn)生的可測(cè)量信號(hào)。常見(jiàn)的相互作用機(jī)制包括光電效應(yīng)、康普頓散射和_pair生產(chǎn)。光電效應(yīng)是指γ射線光子將其全部能量傳遞給探測(cè)器中的電子，使其從原子中脫離出來(lái)，形成光電子；康普頓散射是指γ射線光子與探測(cè)器中的電子發(fā)生碰撞，光子部分能量傳遞給電子，使其脫離原子，而光子則以較低的能量繼續(xù)傳播；_pair生產(chǎn)是指高能γ射線光子在原子核電場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)化為一個(gè)電子和一個(gè)正電子。探測(cè)器通過(guò)測(cè)量這些相互作用產(chǎn)生的電信號(hào)、光信號(hào)或熱信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)γ射線的探測(cè)。4.激光慣性約束聚變的基本過(guò)程包括激光制備靶丸、激光輻照靶丸、產(chǎn)生高溫高壓等離子體、壓縮核燃料和核燃料點(diǎn)火。首先，利用激光制備一個(gè)包含核燃料的靶丸；然后，利用高能激光束從多個(gè)方向同時(shí)輻照靶丸，使其表面材料蒸發(fā)，產(chǎn)生反向沖力，從而壓縮靶丸內(nèi)部核燃料；壓縮過(guò)程中，核燃料的溫度和壓力迅速升高，形成高溫高壓等離子體；最后，當(dāng)核燃料的溫度和壓力達(dá)到點(diǎn)火條件時(shí)，核燃料發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放出巨大的能量。5.激光散斑成像的原理是激光照射到粗糙表面后產(chǎn)生的散斑的干涉圖樣。當(dāng)激光照射到粗糙表面時(shí)，由于表面不平整，光波會(huì)發(fā)生散射，形成隨機(jī)分布的散斑圖案。散斑圖案是激光波前在空間中干涉的結(jié)果。通過(guò)記錄散斑圖案，并利用圖像處理技術(shù)恢復(fù)波前信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面形狀、位移等信息的測(cè)量。激光散斑成像具有非接觸、高精度等優(yōu)點(diǎn)，在干涉測(cè)量、全息術(shù)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。6.激光在核醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要包括腫瘤診斷和癌癥治療。在腫瘤診斷方面，利用激光的相干性和單色性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織的高分辨率成像，例如激光共聚焦顯微鏡、光學(xué)相干斷層掃描等。這些技術(shù)可以用于早期腫瘤的診斷、腫瘤邊界定位等。在癌癥治療方面，利用激光的熱效應(yīng)或光動(dòng)力效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤組織的熱療或光動(dòng)力治療。激光熱療利用激光的熱效應(yīng)，將激光能量轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤組織溫度升高，從而殺死腫瘤細(xì)胞。激光光動(dòng)力治療則是利用激光激發(fā)光敏劑產(chǎn)生活性氧，從而殺死腫瘤細(xì)胞。四、計(jì)算題1.光束亮度L的定義為單位面積、單位立體角內(nèi)單位時(shí)間通過(guò)的光功率。公式為L(zhǎng)=P/(A*Ω)，其中P為光功率，A為光束截面面積，Ω為立體角。光束直徑為1mm，則光束截面面積A=π*(d/2)^2=π*(0.001m/2)^2=1.57*10^-6m^2。假設(shè)光束均勻分布在球面上，距離為1m，則立體角Ω=4πsr。光束亮度L=1W/(1.57*10^-6m^2*4πsr)=5*10^9W/m^2/sr。2.探測(cè)效率η的定義為探測(cè)器探測(cè)到的粒子數(shù)與入射粒子數(shù)之比。公式為η=N_detected/N_incident。入射粒子數(shù)為1000個(gè)，背景噪聲為100個(gè)，則探測(cè)器探測(cè)到的粒子數(shù)為N_detected=1000-100=900個(gè)。探測(cè)效率η=900/1000=0.9，即90%。五、論述題激光在核安全中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在核材料監(jiān)控、核設(shè)施安全保障和核事故應(yīng)急響應(yīng)等方面。激光技術(shù)具有非接觸、高靈敏度、高精度等優(yōu)點(diǎn)，在核安全領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如，激光雷達(dá)可以用于遠(yuǎn)程探測(cè)核設(shè)施周?chē)沫h(huán)境參數(shù)，如氣體濃度、輻射水平等；激光光譜技術(shù)可以用于分析核材料成分，實(shí)現(xiàn)對(duì)核材料的快速識(shí)別和定量；激光無(wú)損