2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在放射性碳定年法中，測量的放射性同位素是A.鈾-238B.釷-232C.鎘-110D.碳-142.下列哪種核輻射具有最高的穿透能力？A.α粒子B.β粒子C.γ射線D.中子3.用于X射線熒光光譜（XRF）分析文物元素組成時(shí)，主要利用的是A.核反應(yīng)B.放射性衰變C.核輻射與物質(zhì)的相互作用(如光電效應(yīng))D.輻射誘變4.中子活化分析（NAA）在文物研究中的一項(xiàng)主要優(yōu)勢是A.可直接測定文物年代B.能同時(shí)測定多種元素，且背景干擾小C.需要復(fù)雜的樣品前處理D.可用于活體文物無損檢測5.在進(jìn)行文物無損檢測時(shí)，伽馬射線成像主要利用了放射性同位素發(fā)射的A.α粒子B.β粒子C.γ射線D.中子6.以下哪種核技術(shù)主要利用正電子發(fā)射斷層成像（PET）原理？A.放射性碳定年B.X射線熒光光譜分析C.中子活化分析D.PET-CT考古應(yīng)用7.使用蓋革-米勒計(jì)數(shù)器測量文物樣品的放射性時(shí)，為了減少統(tǒng)計(jì)誤差，應(yīng)A.盡可能縮短計(jì)數(shù)時(shí)間B.盡可能延長計(jì)數(shù)時(shí)間C.提高樣品的放射強(qiáng)度D.降低探測器的工作電壓8.在利用核技術(shù)進(jìn)行文物年代測定時(shí)，選擇放射性同位素的主要依據(jù)之一是其A.放射性活度B.半衰期的長短C.探測器的類型D.生產(chǎn)成本9.文物表面污染物可能會對核無損分析結(jié)果產(chǎn)生干擾，以下哪種技術(shù)相對而言對表面污染物不敏感？A.X射線熒光光譜（XRF）B.激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）C.中子活化分析（NAA）D.X射線衍射（XRD）10.核技術(shù)在文物保護(hù)中應(yīng)用時(shí)，必須高度重視輻射安全，其主要目的是A.提高分析精度B.增強(qiáng)探測效率C.防止工作人員受到過量電離輻射損傷D.降低設(shè)備成本二、填空題1.放射性碳定年法基于大氣中放射性碳-14通過______作用進(jìn)入生物體，生物死亡后，體內(nèi)的碳-14開始以______為周期衰變，通過測量遺跡中碳-14的含量可以推算其年代。2.核輻射探測器根據(jù)其工作原理可分為氣體探測器、______探測器、半導(dǎo)體探測器和閃爍探測器等。3.X射線熒光光譜（XRF）分析文物時(shí)，樣品受到激發(fā)后，原子內(nèi)層電子被電離，外層電子躍遷填補(bǔ)空位時(shí)，會發(fā)射出具有特定能量的______，通過分析這些次級射線的能量和強(qiáng)度，可以確定樣品的元素組成。4.中子活化分析（NAA）是基于核反應(yīng)，當(dāng)中子轟擊文物樣品中的穩(wěn)定原子核時(shí)，可能形成______核，隨后這些活化核發(fā)生衰變，發(fā)射出特征γ射線，通過測量γ射線的能量和強(qiáng)度進(jìn)行元素分析和定量。5.在文物保護(hù)領(lǐng)域，利用放射性同位素產(chǎn)生的γ射線進(jìn)行無損成像，主要是利用了γ射線良好的______性，以及它與不同物質(zhì)相互作用程度的差異。三、簡答題1.簡述α、β、γ三種核輻射在穿透能力和電離能力方面的主要區(qū)別。2.簡述使用中子活化分析（NAA）進(jìn)行文物無損分析時(shí)，需要考慮的主要樣品前處理步驟及其目的。3.簡述利用放射性碳定年法測定古生物遺存年代的基本原理。四、計(jì)算題1.某古陶片樣品測得的碳-14計(jì)數(shù)率為680計(jì)數(shù)/分鐘·克碳。已知現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)樣品的計(jì)數(shù)率為1230計(jì)數(shù)/分鐘·克碳，碳-14的半衰期T?/?=5730年。假設(shè)古陶形成后未再與外界碳交換，且樣品中碳的初始比活度與現(xiàn)代大氣中相同。請估算該古陶片的年齡。2.用某中子源對一塊文物樣品進(jìn)行中子照射，測得樣品發(fā)射出的特定特征γ射線（能量為1234keV）的計(jì)數(shù)率為1500計(jì)數(shù)/秒。假設(shè)已知該γ射線來自樣品中某種元素M的活化產(chǎn)物，該元素M在樣品中的豐度約為0.1%。請估算該γ射線的探測效率（即單位時(shí)間內(nèi)探測器接收到的γ射線數(shù)與樣品單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的γ射線數(shù)之比，假設(shè)為常數(shù)）。五、論述題1.論述X射線熒光光譜（XRF）技術(shù)在分析古代金屬器文物成分時(shí)的主要應(yīng)用、基本原理以及可能面臨的主要挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體文物類型或研究目的，論述選擇使用放射性碳定年法（C-14）還是鉀氬法（K-Ar）或其他核技術(shù)進(jìn)行年代測定的依據(jù)和考慮因素。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.B5.C6.D7.B8.B9.C10.C二、填空題1.化學(xué)交換；放射性2.閃爍體3.特征X射線4.活化5.穿透三、簡答題1.解析思路：對比α、β、γ三種射線的本質(zhì)（原子核改變、電子改變、高能光子）、穿透能力（γ最強(qiáng)，β次之，α最弱）和電離能力（α最強(qiáng)，β次之，γ最弱）?；卮饝?yīng)包含這三方面的對比。2.解析思路：說明NAA對樣品純度和均勻性的要求。主要步驟應(yīng)包括：去除表面浮土和污染物（如使用酒精、丙酮清洗、刷洗）、干燥、可能需要研磨成粉末以保證中子均勻照射（特別是對大塊或形狀不規(guī)則樣品）、有時(shí)需要密封在特定容器中。目的在于獲得純凈、均勻的樣品，以準(zhǔn)確測定目標(biāo)元素的特征γ射線，排除干擾。3.解析思路：描述碳-14的放射性特性。說明生物在生存期間通過呼吸和飲食攝入含有放射性碳-14的二氧化碳，使體內(nèi)碳-14含量與大氣基本平衡。死亡后，不再攝入碳-14，體內(nèi)碳-14開始以其固有半衰期衰變。通過測量遺跡（如骨骼、木炭）中剩余碳-14的含量，并與現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比較（通常通過測量相同質(zhì)量樣品的計(jì)數(shù)率），利用放射性衰變定律（通常通過放射性比活度比或積分計(jì)數(shù)率比）計(jì)算出樣品自死亡以來經(jīng)過的時(shí)間，即文物年代。四、計(jì)算題1.解析思路：利用放射性衰變公式或比活度衰減公式。方法一：設(shè)古陶年齡為t年，利用公式N(t)=N?*e^(-λt)，其中N?/N(t)=R?/R(t)，λ=ln(2)/T?/?，R(t)=680，R?=1230。代入半衰期T?/?=5730年，求解t。方法二：利用比活度衰減公式A(t)=A?*e^(-λt)，A(t)/A?=R(t)/R?，求解t。計(jì)算結(jié)果約為4130年。2.解析思路：根據(jù)探測效率定義η=(探測器計(jì)數(shù)率)/(樣品發(fā)射的γ射線數(shù)率)。樣品發(fā)射的γ射線數(shù)率=樣品單位時(shí)間計(jì)數(shù)率/探測效率。設(shè)樣品發(fā)射的γ射線數(shù)率為N_s，則N_s*η=1500。又N_s*0.1%=1500。首先求出N_s=1500/0.1%=1500*10000=15000000。然后代入η=1500/15000000，求解η。計(jì)算結(jié)果約為1.0×10??(或0.01%)。五、論述題1.解析思路：首先闡述XRF原理：利用X射線照射文物樣品，樣品中原子受激發(fā)后，內(nèi)層電子躍遷至空位時(shí)發(fā)射特征X射線（熒光），不同元素發(fā)射特征X射線的能量（或波長）不同，通過探測這些特征X射線，可以識別元素種類，通過強(qiáng)度可以定量分析元素含量。在古代金屬器分析中，應(yīng)用包括：確定合金成分（如青銅中的銅錫比例）、識別金屬基體和添加元素、研究器物制造工藝、判斷不同時(shí)期或地域的工藝特征、鑒定文物真?zhèn)危ㄈ绶轮破放c真品的元素差異）。挑戰(zhàn)包括：基體效應(yīng)（樣品基體元素對特征X射線發(fā)射和吸收的影響）、化學(xué)態(tài)效應(yīng)（同種元素不同化學(xué)價(jià)態(tài)發(fā)射X射線強(qiáng)度不同）、表面污染和氧化層的干擾、輕元素（如Na,Mg,Al）探測難度大、X射線穿透深度有限（對厚或致密樣品分析困難）、樣品自吸收等。2.解析思路：首先明確不同核技術(shù)的適用范圍和原理。放射性碳定年法（C-14）適用于有機(jī)遺存（如木、骨、textiles、種子），測定時(shí)間范圍通常在幾千到幾萬年前，精度受樣品質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室方法影響。鉀氬法（K-Ar）適用于無機(jī)硅酸鹽礦物（如陶、瓷、巖石、火山玻璃），測定時(shí)間范圍更廣，可從幾千年到數(shù)十億年，對加熱過程敏感，樣品需要粉碎并嚴(yán)格提純。其他核技術(shù)如U系法適用于鈣質(zhì)遺存（骨、貝殼、牙），中子活化分析（NAA）可無損或微損測定多種元素，不適用于年代測定但可用于成分分析。