2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核裂變中的能量釋放機(jī)制考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題3分，共30分）1.下列哪種過程是重原子核吸收慢中子后分裂成兩個(gè)（或多個(gè)）中等質(zhì)量核，并釋放出中子和巨大能量的過程？A.核聚變B.核衰變C.核裂變D.α衰變2.鈾-235(23?U)誘發(fā)裂變時(shí)，通常釋放出平均多少個(gè)中子？A.1個(gè)B.2個(gè)C.3個(gè)D.4個(gè)3.核裂變過程中釋放的巨大能量主要來源于？A.核外電子的能量B.核子結(jié)合能的減少C.中子動(dòng)能的增加D.核反應(yīng)堆的化學(xué)能4.根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2，核裂變過程中釋放的能量（ΔE）與質(zhì)量虧損（Δm）的關(guān)系是？A.ΔE=ΔmB.ΔE=Δm2/c2C.ΔE=Δmc2D.ΔE=Δm/c25.假設(shè)一次鈾-235裂變的質(zhì)量虧損為0.180MeV/c2，則釋放的能量大約是多少？A.0.180MeVB.0.540MeVC.0.910MeVD.200MeV6.在核裂變過程中，裂變碎片通常具有以下哪種特性？A.比重小于水B.穩(wěn)定且放射性極低C.質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)分布廣泛D.主要以α粒子形式存在7.為了維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠持續(xù)進(jìn)行，必須滿足的條件之一是？A.中子能量越高越好B.反應(yīng)堆必須完全封閉C.中子增殖系數(shù)大于1D.裂變材料必須是純鈾-2358.下列哪種材料是核裂變反應(yīng)堆中常用的慢化劑？A.鈾-235B.钚-239C.重水(D?O)D.鋁合金9.在核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，中子的漏失是指？A.中子被裂變材料吸收B.中子逃出反應(yīng)堆系統(tǒng)C.中子轉(zhuǎn)化為γ射線D.中子被慢化劑散射10.與核裂變相比，核聚變的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？A.反應(yīng)產(chǎn)物主要是穩(wěn)定的同位素B.主要燃料資源（氘）儲(chǔ)量極豐富C.反應(yīng)過程更容易控制D.產(chǎn)生的中子輻射更強(qiáng)二、填空題（請將答案填在橫線上。每空3分，共30分）1.中子誘發(fā)核裂變通常需要吸收一個(gè)__________中子。2.核裂變釋放的能量主要以__________、__________、裂變碎片動(dòng)能和中子動(dòng)能等形式存在。3.愛因斯坦質(zhì)能方程表明，質(zhì)量和能量是__________的。4.核裂變過程中，反應(yīng)前后的總質(zhì)量通常會(huì)有微小的__________，這部分減少的質(zhì)量稱為質(zhì)量虧損。5.能夠支持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行的最低質(zhì)量的裂變材料塊稱為__________。6.在核反應(yīng)堆中，控制棒的主要作用是吸收中子，以調(diào)節(jié)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的__________。7.核裂變產(chǎn)生的裂變碎片通常具有強(qiáng)烈的__________，并會(huì)經(jīng)歷一系列衰變直到達(dá)到穩(wěn)定。8.慢化劑在核反應(yīng)堆中的作用是將快中子減速到__________能量，以便更容易被裂變材料吸收。9.鈾-235(23?U)的原子序數(shù)是__________。10.1個(gè)質(zhì)子或中子的靜止質(zhì)量大約相當(dāng)于931.5MeV/c2，這是__________單位與能量單位之間的轉(zhuǎn)換因子。三、判斷題（請判斷下列說法的正誤。正確的填“√”，錯(cuò)誤的填“×”。每小題2分，共20分）1.任何重核吸收中子后都會(huì)發(fā)生核裂變。()2.核裂變釋放的能量完全來自于原子核內(nèi)部儲(chǔ)存的巨大潛力。()3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否持續(xù)，取決于中子增殖系數(shù)是否大于1。()4.核裂變碎片的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)是唯一確定的。()5.慢化劑和冷卻劑在核反應(yīng)堆中可以扮演相同的角色。()6.核裂變產(chǎn)生的中子是能量釋放的主要形式之一。()7.自發(fā)裂變是核裂變的一種類型，它不需要中子引發(fā)。()8.核裂變過程是可逆的。()9.核電站利用核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量進(jìn)行發(fā)電。()10.質(zhì)量數(shù)（A）等于原子核中的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。()四、簡答題（請簡要回答下列問題。每小題5分，共20分）1.簡述中子誘發(fā)核裂變的過程。2.解釋什么是結(jié)合能虧損，以及它與核裂變能量釋放的關(guān)系。3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠持續(xù)進(jìn)行的三個(gè)基本條件是什么？4.與核裂變相比，核聚變有哪些主要的優(yōu)點(diǎn)？五、計(jì)算題（請寫出詳細(xì)的計(jì)算過程。每小題10分，共20分）1.已知鈾-235(23?U)裂變時(shí)，質(zhì)量虧損為0.1507MeV/c2。計(jì)算一次鈾-235裂變釋放的能量（用MeV作單位）。2.假設(shè)一次钚-239(23?Pu)裂變釋放的總能量為200MeV。如果該裂變產(chǎn)生3個(gè)中子，并且假設(shè)裂變碎片和所有中子的動(dòng)能大致相等，計(jì)算每個(gè)中子獲得的平均動(dòng)能（用MeV作單位）。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.D6.C7.C8.C9.B10.B二、填空題1.慢2.伽馬射線，中子3.等價(jià)4.減少5.臨界質(zhì)量6.強(qiáng)度7.放射性8.慢（熱）中子9.9210.質(zhì)能三、判斷題1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.√8.×9.×10.√四、簡答題1.解析思路：描述中子被重核（如23?U）吸收，核成為激發(fā)態(tài)，變形，最終分裂成兩個(gè)或多個(gè)較輕的核（裂變碎片），同時(shí)釋放出中子（通常2-3個(gè)）和γ射線。強(qiáng)調(diào)這是誘發(fā)裂變的過程。2.解析思路：解釋結(jié)合能是指將核子（質(zhì)子和中子）結(jié)合成原子核所釋放的能量。不同原子核的結(jié)合能/核子不同，輕核和中子結(jié)合能較低，重核結(jié)合能/核子較高。核裂變是重核分裂成中等質(zhì)量核，后者結(jié)合能/核子更高，能量差以裂變能形式釋放。點(diǎn)明質(zhì)量虧損是結(jié)合能變化的原因。3.解析思路：列出并解釋三個(gè)必要條件：①中子增殖系數(shù)大于1（產(chǎn)生的中子數(shù)多于被吸收或漏失的中子數(shù)）；②中子漏失率小于1（足夠多的中子被吸收或維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）；③中子時(shí)間延遲效應(yīng)允許反應(yīng)堆有控制能力（反應(yīng)速率可控）。4.解析思路：從燃料資源（氘幾乎無限，氚可控）角度、反應(yīng)產(chǎn)物（主要是穩(wěn)定的氦，無長期放射性廢物）角度、環(huán)境友好性（無長壽命核廢料，中子輻射相對較弱）角度、能量密度角度等方面，選擇其中2-3點(diǎn)說明核聚變相比核裂變的主要優(yōu)點(diǎn)。五、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用質(zhì)能方程E=mc2。將質(zhì)量虧損Δm從MeV/c2轉(zhuǎn)換為kg，然后計(jì)算能量E。注意1eV=1.60218×10?1?J，1c2≈9×101?m2/s2?；蛘咧苯邮褂肕eV單位的質(zhì)能關(guān)系（1u≈931.5MeV/c2）。計(jì)算步驟：ΔE=Δm×c2=0