2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核輻射對(duì)地質(zhì)構(gòu)造與勘探的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在地球表面附近，下列哪種射線由于穿透能力強(qiáng)，主要用于深部地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)和資源勘探？(A)α射線(B)β射線(C)γ射線(D)中子射線2.放射性同位素鐳-226（Ra-226）衰變生成氡-222（Rn-222），其衰變方式主要是？(A)α衰變(B)β-衰變(C)β+衰變(D)電子俘獲3.根據(jù)放射性衰變定律，放射性元素樣品的半衰期是指？(A)樣品中放射性原子數(shù)減少到初始值一半所需的時(shí)間(B)樣品中放射性原子數(shù)減少到初始值十分之一所需的時(shí)間(C)樣品中放射性原子數(shù)全部衰變所需的時(shí)間(D)樣品放射性活度降低到初始值一半所需的時(shí)間4.在核物理中，探測(cè)γ射線常用的探測(cè)器類型是？(A)蓋革-米勒計(jì)數(shù)器(B)鋰室探測(cè)器(C)閃爍探測(cè)器(D)質(zhì)譜儀5.鉀氬（K-Ar）地質(zhì)年代測(cè)定方法主要適用于測(cè)定哪種地質(zhì)年代？(A)較年輕的火山巖或沉積巖（幾百萬(wàn)年以內(nèi)）(B)極古老的變質(zhì)巖（數(shù)十億年）(C)海洋沉積物（幾千年至幾萬(wàn)年）(D)地幔巖石（形成于地球早期）6.伽馬能譜測(cè)井中，可以通過(guò)測(cè)量地層中天然放射性元素（如鈾、釷、鉀）產(chǎn)生的伽馬射線能譜，來(lái)區(qū)分不同的地層和巖性。這是利用了哪種原理？(A)不同巖層的密度差異(B)不同元素對(duì)中子的吸收差異(C)不同元素產(chǎn)生的放射性同位素及其γ射線能譜特征不同(D)地層中流體與固體之間的電導(dǎo)率差異7.放射性示蹤技術(shù)在研究地下水運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常選用哪種射線進(jìn)行探測(cè)？(A)α射線(B)β射線(C)γ射線(D)中子射線8.天然放射系中，鈾系（238U系）最終衰變的穩(wěn)定子體是？(A)鈾-238(U-238)(B)鈾-234(U-234)(C)鈾-236(U-236)(D)鈾-226(U-226)9.在地質(zhì)勘探中，中子測(cè)井主要用于測(cè)量地層的？(A)密度(B)孔隙度(C)礦物成分(D)溫度10.輻射防護(hù)中，通常所說(shuō)的“時(shí)間防護(hù)”是指？(A)增加與輻射源的距離(B)減少接觸輻射源的時(shí)間(C)穿戴屏蔽防護(hù)器材(D)使用低劑量率輻射源二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.放射性活度表示放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的______數(shù)。2.放射性同位素衰變過(guò)程中，原子核釋放的帶正電荷的粒子稱為_(kāi)_____，其質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為4和2。3.閃爍探測(cè)器利用閃爍晶體將入射的______能量轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光閃爍信號(hào)，再通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。4.鈾-238的半衰期約為45億年，它屬于______放射系，該放射系最終衰變?yōu)榉€(wěn)定的______同位素。5.利用放射性同位素的衰變作為計(jì)時(shí)器來(lái)測(cè)定地質(zhì)年代的方法稱為_(kāi)_____法。6.伽馬能譜測(cè)井中，能量最高的γ射線通常來(lái)自______元素衰變鏈中的子體。7.在核物理中，輻射探測(cè)器對(duì)單位入射粒子產(chǎn)生電離電荷的效率稱為_(kāi)_____。8.地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中，利用中子射線與含氫物質(zhì)（如水、油、有機(jī)物）發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生可探測(cè)粒子，其原理稱為_(kāi)_____效應(yīng)。9.放射性元素在地質(zhì)循環(huán)過(guò)程中，其分布和富集狀態(tài)可以指示______和______信息。10.γ射線與物質(zhì)相互作用的主要方式有______、______和______。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.半衰期2.放射性活度3.伽馬能譜4.熱釋光劑量測(cè)量5.輻射找礦四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述放射性衰變定律的物理意義。2.與α探測(cè)器和β探測(cè)器相比，γ探測(cè)器有哪些主要特點(diǎn)？3.簡(jiǎn)述鉀氬法測(cè)定地質(zhì)年代的基本原理。4.簡(jiǎn)述利用伽馬能譜測(cè)井技術(shù)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中可能發(fā)現(xiàn)哪些信息？五、計(jì)算題（共25分）1.（10分）某放射性同位素樣品最初含有6.022×10^18個(gè)原子，其半衰期為5天。請(qǐng)計(jì)算：(1)樣品在10天后剩余的原子數(shù)是多少？(2)樣品在10天后的放射性活度是多少？（假設(shè)衰變定律成立）2.（15分）在伽馬能譜測(cè)井中，探測(cè)到一個(gè)來(lái)自特定放射性核素的特征γ射線峰，其峰位對(duì)應(yīng)的能量為峰最大計(jì)數(shù)率為每秒1000個(gè)計(jì)數(shù)。已知該探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)效率為5%，本底計(jì)數(shù)率為每秒50個(gè)計(jì)數(shù)。請(qǐng)計(jì)算：(1)該特征γ射線峰對(duì)應(yīng)的原始放射性核素的活度是多少？（假設(shè)樣品體積分?jǐn)?shù)可忽略）(2)如果該測(cè)井段長(zhǎng)10米，估算該地段該放射性核素的平均含量。（需要說(shuō)明所依據(jù)的簡(jiǎn)化假設(shè)或所需補(bǔ)充信息）六、論述題（10分）結(jié)合放射性元素及其衰變產(chǎn)物的特性，論述核輻射技術(shù)如何在尋找鈾礦資源中發(fā)揮作用，并簡(jiǎn)述其主要原理和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C解析：γ射線穿透力最強(qiáng)，能夠穿透較厚的地質(zhì)層，適用于探測(cè)深部構(gòu)造和資源。α射線穿透力最弱，β射線穿透力居中。2.A解析：鐳-226(Ra-226,質(zhì)量數(shù)232,原子序數(shù)88)衰變釋放一個(gè)α粒子(氦核,He4,質(zhì)量數(shù)4,電荷數(shù)2)，形成氡-222(Rn-222,質(zhì)量數(shù)228,原子序數(shù)86)。3.A解析：半衰期是描述放射性元素衰變快慢的統(tǒng)計(jì)特征，特指樣品中一半的放射性原子發(fā)生衰變所需的時(shí)間。4.C解析：閃爍探測(cè)器具有效率高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，是探測(cè)γ射線的常用探測(cè)器類型。蓋革-米勒計(jì)數(shù)器主要用于探測(cè)α、β、γ射線，但效率相對(duì)較低。鋰室主要用于探測(cè)惰性氣體。質(zhì)譜儀用于分離和探測(cè)離子。5.A解析：鉀氬法利用鉀-40(K-40)的衰變（β-衰變和電子俘獲）產(chǎn)生氬-40(Ar-40)，適用于測(cè)定形成于數(shù)百萬(wàn)年以內(nèi)、經(jīng)歷過(guò)風(fēng)化的火山巖和沉積巖。6.C解析：不同放射性元素（鈾、釷、鉀）及其衰變鏈中的子體具有特征性的γ射線能譜。通過(guò)分析測(cè)得的能譜，可以識(shí)別主要放射性元素的存在及其含量，從而區(qū)分地層和巖性。7.D解析：中子射線容易與含氫物質(zhì)（如水、油、有機(jī)物）發(fā)生核反應(yīng)（如裂變、俘獲），產(chǎn)生易于探測(cè)的次級(jí)粒子（如裂變中子、熱中子、反沖質(zhì)子等），因此常用于示蹤研究地下水運(yùn)動(dòng)。8.D解析：鈾系（238U系）的衰變鏈從238U開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列α和β衰變，最終在鉛-206(Pb-206)處結(jié)束，鉛-206是穩(wěn)定的。9.B解析：中子測(cè)井利用中子源與地層中的氫原子核（主要存在于水、泥漿和有機(jī)質(zhì)中）發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生的探測(cè)粒子（如快中子、熱中子）的數(shù)量與地層的含氫量（間接反映孔隙度）有關(guān)。10.B解析：輻射防護(hù)的“三大原則”是時(shí)間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)。時(shí)間防護(hù)是指縮短接觸輻射源的時(shí)間，以減少接受的輻射劑量。二、填空題1.衰變2.α粒子3.光子（或γ射線光子）4.鈾系，鉛-2065.放射性年代測(cè)定6.鈾7.探測(cè)效率8.中子9.地質(zhì)構(gòu)造，演化歷史10.光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)，電離（或核反應(yīng)）三、名詞解釋1.半衰期：指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。它是衡量放射性元素衰變快慢的物理量。2.放射性活度：指放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生放射性衰變的次數(shù)。國(guó)際單位制單位為貝可勒爾（Bq），1Bq=1s?1。3.伽馬能譜：指放射性核素衰變時(shí)發(fā)射的γ射線按能量分布的圖譜。通過(guò)分析能譜可以識(shí)別放射性核素，測(cè)定其含量。4.熱釋光劑量測(cè)量：一種輻射劑量測(cè)量方法，利用某些晶體材料（如鈣氟碳）在受到輻射照射后，其晶格結(jié)構(gòu)會(huì)被輻照損傷，當(dāng)加熱時(shí)，這些損傷會(huì)以光子的形式釋放出來(lái)，通過(guò)測(cè)量光子量可以確定吸收的輻射劑量。5.輻射找礦：利用放射性元素或其衰變產(chǎn)物在自然界中的分布不均勻性，通過(guò)探測(cè)儀器尋找含有較高放射性元素（如鈾、釷、鉀）的礦床或其他地質(zhì)體的一種方法。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述放射性衰變定律的物理意義。解析：放射性衰變定律描述了放射性元素衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。其物理意義在于：①放射性衰變是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，無(wú)法預(yù)測(cè)單個(gè)原子何時(shí)衰變，但可以預(yù)測(cè)大量原子群體在單位時(shí)間內(nèi)的衰變概率。②對(duì)于大量放射性原子，其衰變速率（活度）與當(dāng)時(shí)存在的原子數(shù)成正比。③衰變過(guò)程遵循指數(shù)衰減規(guī)律，即原子數(shù)或活度隨時(shí)間按指數(shù)關(guān)系減少。④半衰期是描述該指數(shù)衰減快慢的常數(shù)，反映了放射性元素的固有性質(zhì)。2.與α探測(cè)器和β探測(cè)器相比，γ探測(cè)器有哪些主要特點(diǎn)？解析：γ探測(cè)器的主要特點(diǎn)包括：①高探測(cè)效率：對(duì)于能量合適的γ射線，探測(cè)效率通常較高。②能量分辨本領(lǐng)較好：現(xiàn)代γ探測(cè)器（如高純鍺探測(cè)器）具有較好的能量分辨率，能夠區(qū)分能量相近的γ射線峰。③對(duì)γ射線響應(yīng)：專門(mén)設(shè)計(jì)用于探測(cè)γ射線。主要缺點(diǎn)是探測(cè)器的重量和體積通常較大，且對(duì)于低能γ射線探測(cè)效率較低，有時(shí)需要冷卻以降低本底噪聲。α探測(cè)器對(duì)α粒子探測(cè)效率高，體積小，但易受空氣和厚屏蔽材料影響；β探測(cè)器對(duì)β粒子探測(cè)效率高，相對(duì)輕便，但對(duì)β射線的吸收和散射較復(fù)雜，且易產(chǎn)生反向散射。3.簡(jiǎn)述鉀氬法測(cè)定地質(zhì)年代的基本原理。解析：鉀氬法測(cè)定地質(zhì)年代基于放射性同位素鉀-40(K-40)的衰變。K-40的半衰期約為1.25億年，它以約89%的幾率通過(guò)β衰變轉(zhuǎn)變?yōu)闅?40(Ar-40)，以約11%的幾率通過(guò)電子俘獲轉(zhuǎn)變?yōu)殁}-40(Ca-40)。在巖石形成初期，鉀-40含量基本確定，并與其衰變產(chǎn)物Ar-40開(kāi)始時(shí)處于分離狀態(tài)（Ar-40通常以氣態(tài)存在于巖漿中）。隨著巖石冷卻和固結(jié)，Ar-40被封閉在晶格中。只要巖石自形成以來(lái)未遭受過(guò)熔融或變質(zhì)作用導(dǎo)致Ar-40逃逸，測(cè)量巖石樣品中鉀-40的含量和Ar-40的含量（或其比值），利用放射性衰變定律公式即可計(jì)算出巖石形成的年代。4.簡(jiǎn)述利用伽馬能譜測(cè)井技術(shù)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中可能發(fā)現(xiàn)哪些信息？解析：利用伽馬能譜測(cè)井技術(shù)探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造可能發(fā)現(xiàn)以下信息：①地層界面的識(shí)別：不同巖層的放射性元素含量通常不同，導(dǎo)致伽馬能譜特征（峰值位置、強(qiáng)度）差異，可用于劃分地層和識(shí)別層序。②斷層構(gòu)造的探測(cè)：斷層活動(dòng)可能導(dǎo)致兩側(cè)巖漿活動(dòng)、礦物蝕變或流體運(yùn)移的差異，進(jìn)而改變斷層的放射性背景，如出現(xiàn)放射性異常帶、伽馬能譜特征變化等。③圈閉構(gòu)造的判斷：油氣等流體聚集形成的圈閉構(gòu)造（如背斜、斷層封閉構(gòu)造）其圍巖和充填物的放射性特征可能與其周圍地層不同，伽馬能譜測(cè)井可以幫助識(shí)別潛在的圈閉。④礦化信息：尋找與特定地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)的礦產(chǎn)，如鈾礦、釷礦等，其存在會(huì)導(dǎo)致伽馬能譜出現(xiàn)特征性的高計(jì)數(shù)率或特定的能譜峰。五、計(jì)算題1.（10分）某放射性同位素樣品最初含有6.022×10^18個(gè)原子，其半衰期為5天。請(qǐng)計(jì)算：(1)樣品在10天后剩余的原子數(shù)是多少？(2)樣品在10天后的放射性活度是多少？（假設(shè)衰變定律成立）解：(1)根據(jù)衰變定律N(t)=N?*(1/2)^(t/T?)，其中N?=6.022×10^18，T?=5天，t=10天。N(10)=6.022×10^18*(1/2)^(10/5)N(10)=6.022×10^18*(1/2)2N(10)=6.022×10^18*0.25N(10)=1.5055×10^18個(gè)原子(2)放射性活度A=λN，其中λ=ln(2)/T?是衰變常數(shù)。首先計(jì)算衰變常數(shù)λ：λ=ln(2)/5天≈0.1386/天在10天后，剩余原子數(shù)為N(10)=1.5055×10^18個(gè)，此時(shí)的活度A(10)=λ*N(10)：A(10)=(0.1386/天)*(1.5055×10^18個(gè))A(10)≈2.089×10^17Bq若需換算為Ci，1Ci=3.7×101?BqA(10)≈(2.089×10^17Bq)/(3.7×101?Bq/Ci)≈5.62×10?Ci（注意：通常地質(zhì)年代測(cè)定和勘探中活度單位用Bq或Ci，視具體要求）2.（15分）在伽馬能譜測(cè)井中，探測(cè)到一個(gè)來(lái)自特定放射性核素的特征γ射線峰，其峰最大計(jì)數(shù)率為每秒1000個(gè)計(jì)數(shù)。已知該探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)效率為5%，本底計(jì)數(shù)率為每秒50個(gè)計(jì)數(shù)。請(qǐng)計(jì)算：(1)該特征γ射線峰對(duì)應(yīng)的原始放射性核素的活度是多少？（假設(shè)樣品體積分?jǐn)?shù)可忽略）(2)如果該測(cè)井段長(zhǎng)10米，估算該地段該放射性核素的平均含量。（需要說(shuō)明所依據(jù)的簡(jiǎn)化假設(shè)或所需補(bǔ)充信息）解：(1)計(jì)算凈計(jì)數(shù)率：凈計(jì)數(shù)率=特征峰計(jì)數(shù)率-本底計(jì)數(shù)率凈計(jì)數(shù)率=1000counts/s-50counts/s=950counts/s計(jì)算原始放射性核素的活度A?（假設(shè)在本底計(jì)數(shù)中未包含該特征峰的貢獻(xiàn)，或本底已扣除）：凈計(jì)數(shù)率=A?*探測(cè)效率A?=凈計(jì)數(shù)率/探測(cè)效率A?=950counts/s/0.05A?=19000Bq（此結(jié)果假設(shè)探測(cè)效率是指對(duì)目標(biāo)特征γ射線的效率，且本底計(jì)數(shù)已準(zhǔn)確扣除目標(biāo)峰的貢獻(xiàn)）(2)估算平均含量：估算需要引入單位活度對(duì)應(yīng)的放射性核素質(zhì)量（比活度），但這在題目中未給出。一種可能的簡(jiǎn)化估算思路是（但這非常粗糙，需要補(bǔ)充信息）：平均含量≈原始活度/(比活度常數(shù)或面積)或者，如果假設(shè)測(cè)井段10米對(duì)應(yīng)的體積V與放射性核素含量C成正比（C=k*V，k為比例常數(shù)），則需要V和k。例如，如果假設(shè)該地段巖石體積為V，且C=k*A?/V，那么C=k*19000/V。缺少V和k（或比活度）的信息，無(wú)法完成計(jì)算。所需補(bǔ)充信息：需要知道該地段巖石的體積V，或者目標(biāo)放射性核素的比活度（單位質(zhì)量對(duì)應(yīng)的活度，如Bq/g或Ci/kg），或者單位活度對(duì)應(yīng)的體積（如g/Bq或kg/Bq）。簡(jiǎn)化假設(shè)（若強(qiáng)行估算）：假設(shè)平均含量與活度成正比，且比活度為常數(shù)C?，則C≈C?*A?。但C?未知。若假設(shè)體積V=L*A(A為橫截面積)，則C≈C?*A?*A/(L*V)=C?*A?/L。仍需V或A。六、論述題結(jié)合放射性元素及其衰變產(chǎn)物的特性，論述核輻射技術(shù)如何在尋找鈾礦資源中發(fā)揮作用，并簡(jiǎn)述其主要原理和面臨的挑戰(zhàn)。解析：核輻射技術(shù)在尋找鈾礦資源中發(fā)揮著重要作用，主要利用了鈾元素及其衰變鏈中子體的放射性特性。主要原理：1.直接探測(cè)法：利用探測(cè)儀器直接測(cè)量鈾礦體或其圍巖中放射性元素（主要是鈾U、釷Th及其衰變子體，如鐳Ra、氡Rn及其衰變產(chǎn)生的γ射線）發(fā)出的輻射。例如：*