2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理學(xué)在材料工程中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分。請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.在核反應(yīng)23?U+n→23?U+X中，X代表的是？A.中子(n)B.質(zhì)子(p)C.α粒子(?He)D.β粒子(?e?)2.下列哪種核輻射具有最強(qiáng)的穿透能力？A.α粒子B.β?粒子C.β?粒子D.γ射線3.中子與原子核發(fā)生彈性散射時(shí)，散射角θ最大發(fā)生在什么情況下？A.散射中子能量很高B.散射中子能量很低C.散射靶核質(zhì)量遠(yuǎn)大于中子質(zhì)量D.散射靶核質(zhì)量遠(yuǎn)小于中子質(zhì)量4.利用中子活化分析測定材料中某元素含量時(shí)，主要依據(jù)的物理過程是？A.散射B.吸收C.嬗變D.衰變5.在半導(dǎo)體材料研究中，中子衍射的主要優(yōu)勢在于？A.能精確測定原子間距和晶體結(jié)構(gòu)B.對輕元素（如氫）探測靈敏度很高C.能有效區(qū)分不同化學(xué)狀態(tài)的同種元素D.探測深度可達(dá)微米量級6.核磁共振（NMR）譜圖中的化學(xué)位移主要反映了？A.核自旋量子數(shù)的大小B.核外電子云密度分布的局部差異C.核磁矩的強(qiáng)度D.晶體場對核磁矩的作用7.輻照交聯(lián)是一種改善聚合物材料性能的方法，其主要機(jī)制是？A.斷裂化學(xué)鍵B.形成新的化學(xué)鍵交聯(lián)點(diǎn)C.引入雜質(zhì)原子D.使材料發(fā)生相變8.對于金屬材料的輻照損傷，以下哪種描述是正確的？A.低能中子輻照主要產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，易形成位錯(cuò)環(huán)B.高能γ射線輻照主要引起晶界熔化C.輻照損傷通常能提高材料的強(qiáng)度和韌性D.所有輻照都會(huì)導(dǎo)致材料性能的不可逆惡化9.正電子湮滅譜（PES）技術(shù)主要用于研究材料的？A.晶體結(jié)構(gòu)B.元素組成C.空間電荷分布D.電子結(jié)構(gòu)10.將聚乙烯置于適當(dāng)能量中子源中輻照，可以提高其耐熱性，這主要是因?yàn)?？A.中子穿過了聚乙烯，使其變得致密B.輻照產(chǎn)生了交聯(lián)，分子鏈間作用力增強(qiáng)C.輻照生成了納米晶體結(jié)構(gòu)D.中子置換了氫原子，形成了更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線處）1.放射性同位素的衰變率隨時(shí)間呈_________衰減。2.標(biāo)識一種放射性核素需要指明其_________和質(zhì)子數(shù)（或中子數(shù)）。3.γ射線在穿過物質(zhì)時(shí)主要通過與原子核的_________作用而減弱。4.中子活化分析依據(jù)的是受輻照原子核發(fā)生_________后轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定同位素并釋放能量（如γ射線）的原理。5.核磁共振波譜中，δ值（化學(xué)位移）的單位通常用_________表示。6.輻照對材料性能的影響可以是_________的，也可能是_________的。7.在核反應(yīng)堆中，慢化劑的作用是將快中子減速至熱中子，其主要材料應(yīng)具備_________和_________等特性。三、名詞解釋（每題4分，共16分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.核反應(yīng)截面2.中子俘獲截面3.輻照劑量4.輻照損傷閾值四、簡答題（每題6分，共24分。請簡明扼要地回答問題）1.簡述中子與原子核發(fā)生散射與吸收的主要區(qū)別。2.與X射線衍射相比，中子衍射在研究材料結(jié)構(gòu)方面有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢？3.解釋什么是輻射加工，并列舉其在材料改性中的一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例。4.說明核磁共振（NMR）技術(shù)的基本原理及其在材料科學(xué)中可用于研究哪些材料特性。五、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合實(shí)例或原理進(jìn)行較詳細(xì)的闡述）1.詳細(xì)闡述輻照如何影響金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)，并分析這些結(jié)構(gòu)變化對材料宏觀力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性）可能產(chǎn)生的影響。2.選擇一種具體的材料（如聚合物、半導(dǎo)體、玻璃陶瓷等），論述核分析技術(shù)（如中子活化分析、中子衍射、X射線光電子能譜等）在其中如何發(fā)揮重要作用，以揭示其成分、結(jié)構(gòu)或性能特征。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.C5.B6.B7.B8.A9.D10.B二、填空題1.指數(shù)2.質(zhì)量數(shù)3.相互作用4.嬗變5.弛豫6.負(fù)面/積極7.高中子吸收截面/低中子散射截面三、名詞解釋1.核反應(yīng)截面：描述一個(gè)中子與靶核發(fā)生特定核反應(yīng)（如散射、吸收、嬗變）的概率大小的物理量，其數(shù)值等于單位面積上含有單位數(shù)靶核時(shí)發(fā)生該反應(yīng)的概率。2.中子俘獲截面：描述一個(gè)中子被原子核俘獲而發(fā)生核反應(yīng)（主要是嬗變）的概率大小的物理量。3.輻照劑量：表示單位質(zhì)量受照物質(zhì)吸收的電離輻射平均能量的物理量，常用戈瑞（Gy）作單位。4.輻照損傷閾值：指材料在特定輻照條件下（如劑量、劑量率、輻照介質(zhì)、溫度等）開始出現(xiàn)明顯性能退化（如輻照脆化、電阻率升高、結(jié)構(gòu)變化等）的臨界輻照水平。四、簡答題1.答：散射是中子與原子核碰撞后改變方向但未發(fā)生能量交換（彈性散射）或發(fā)生能量交換（非彈性散射）的過程，主要依賴于核力作用，對輕核作用更顯著。吸收是中子被原子核俘獲，發(fā)生核反應(yīng)（如俘獲裂變、俘獲嬗變）的過程，主要依賴于核反應(yīng)截面，對重核（如U-235）作用更顯著。散射過程不改變核的原子核組成，而吸收過程則改變了原子核組成。2.答：中子衍射的優(yōu)勢在于：①對輕元素（如H、B、C、F等）原子序數(shù)低，散射截面大，探測靈敏度高，而X射線散射截面與原子序數(shù)平方成正比，輕元素信號很弱。②中子是中性的，與原子核及內(nèi)層電子相互作用弱，主要與原子核發(fā)生作用，因此對材料晶格結(jié)構(gòu)本身的擾動(dòng)小，能更真實(shí)地反映晶體信息，特別適用于研究金屬、合金、無機(jī)材料及氫含量高的材料。③中子具有磁矩，能發(fā)生磁振豫散射，可用于研究材料的磁結(jié)構(gòu)。3.答：輻射加工是指利用放射性同位素源或加速器產(chǎn)生的電離輻射（如γ射線、高能電子束、中子束）照射物料，通過輻射能量與物料相互作用引發(fā)物理、化學(xué)或生物變化，以達(dá)到改性、合成或消毒等目的的過程。例如，利用γ射線輻照聚乙烯，使其分子鏈間形成化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提高材料的耐熱性、耐老化性和尺寸穩(wěn)定性。4.答：NMR原理：原子核具有自旋角動(dòng)量，在磁場中會(huì)產(chǎn)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)。當(dāng)施加一個(gè)特定頻率的射頻脈沖時(shí)，能級不同的自旋核系統(tǒng)會(huì)發(fā)生能級間的共振躍遷。射頻脈沖停止后，核自旋系統(tǒng)會(huì)釋放能量，恢復(fù)到低能態(tài)，這個(gè)過程產(chǎn)生能譜信號，即NMR譜圖。譜圖中的化學(xué)位移反映了原子核所處化學(xué)環(huán)境（局部電場環(huán)境）的不同，可用于研究分子結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)、化學(xué)鍵合狀態(tài)等。在材料科學(xué)中，NMR可用于研究聚合物鏈構(gòu)象、交聯(lián)密度、填料分散情況、催化活性位點(diǎn)、材料組成與相結(jié)構(gòu)等。五、論述題1.答：輻照能量沉積在材料中，主要通過產(chǎn)生點(diǎn)缺陷（空位、填隙原子）及其復(fù)合過程（形成位錯(cuò)環(huán)、氣泡、相界等）來改變材料的微觀結(jié)構(gòu)。低能中子主要產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，這些缺陷會(huì)聚集形成缺陷團(tuán)簇或位錯(cuò)環(huán)。高能中子或高劑量輻照可能導(dǎo)致更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變化，如形成新的相、晶粒長大、表面熔化或熔化再凝固等。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)而顯著影響材料的宏觀力學(xué)性能：輻照引入的缺陷和相界通常會(huì)增加材料抵抗塑性變形的能力，導(dǎo)致輻照硬化，提高強(qiáng)度和硬度。然而，過度的缺陷或結(jié)構(gòu)破壞也可能導(dǎo)致材料脆性增加，韌性下降，出現(xiàn)輻照脆化現(xiàn)象。輻照劑量、溫度、輻照介質(zhì)等條件對微觀結(jié)構(gòu)演變和最終力學(xué)性能有重要影響。2.答：以半導(dǎo)體材料為例，核分析技術(shù)在研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。中子活化分析（NAA）可用于精確測定半導(dǎo)體中有害雜質(zhì)元素（如Fe、O、C、H等）的含量，這些雜質(zhì)即使是微量的，也可能顯著影響半導(dǎo)體的電學(xué)性能。中子衍射（ND）能夠測定半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)、缺陷類型與密度，這對于理解其導(dǎo)電機(jī)制、光