2025年大學《核物理》專業(yè)題庫——核輻射對人類社會發(fā)展的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述放射性衰變的基本類型及其主要特征。請至少包含α衰變、β衰變和γ衰變三種類型。二、核能的利用對現代能源結構產生了深遠影響。請列舉至少三種核能的具體應用領域，并分別簡述其基本原理或作用。三、輻射劑量是評估輻射對人體和環(huán)境影響的關鍵參數。請解釋戈瑞(Gy)和希沃特(Sv)這兩個單位各自的物理意義，并說明它們之間的區(qū)別。為什么在討論輻射防護和健康風險時，使用希沃特(Sv)比使用戈瑞(Gy)更為重要？四、切爾諾貝利核事故是歷史上最嚴重的核事故之一。請分析該事故發(fā)生的主要原因，并談談該事故對全球核安全意識和防護標準帶來了哪些重要的啟示。五、核輻射防護遵循“時間、距離、屏蔽”三大原則。請分別解釋這三個原則的具體含義，并舉例說明如何在核設施操作或日常生活中應用這些原則來降低輻射暴露風險。六、核能的發(fā)展面臨著安全、核廢料處理和公眾接受度等多重挑戰(zhàn)。請從技術、經濟、社會或倫理等角度，分析當前核能發(fā)展面臨的主要困境，并提出至少兩條你認為可以改善現狀的建議。七、放射性同位素在農業(yè)領域有著廣泛的應用。請簡述利用放射性同位素進行農作物育種或防治病蟲害的基本原理，并說明這種方法相較于傳統(tǒng)方法可能具有的優(yōu)勢。八、核醫(yī)學是利用核輻射進行疾病診斷和治療的重要分支。請分別說明正電子發(fā)射斷層掃描(PET)和放射治療(放療)的基本原理，并比較這兩種技術在臨床應用上的主要區(qū)別。九、核材料的安全管理與防擴散是維護國際核秩序的重要環(huán)節(jié)。請簡述國際原子能機構(IAEA)在這一過程中扮演的角色，并說明核材料管制的主要措施有哪些。十、展望未來，核聚變被視為最具潛力的清潔能源之一。請簡述核聚變能的基本原理，并分析其與當前核裂變能相比，在安全性和環(huán)境友好性方面可能具有的優(yōu)勢。同時，指出實現商業(yè)化核聚變能源面臨的主要科學和工程挑戰(zhàn)。試卷答案一、放射性衰變是指不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地轉變?yōu)榱硪环N原子核并釋放出射線的現象。1.α衰變：不穩(wěn)定原子核釋放出一個α粒子（即氦核，包含2個質子和2個中子）。主要特征是：釋放出能量較高的α射線（電離能力強，穿透力弱），導致子核質量數減少4，原子序數減少2。2.β衰變：不穩(wěn)定原子核釋放出一個β粒子（高速電子或正電子）和一個反電子中微子（或中微子）。主要特征是：釋放出能量較低的β射線（電離能力較弱，但穿透力比α射線強），導致子核質子數增加1（β?衰變）或減少1（β?衰變，伴隨電子俘獲），原子序數改變1，質量數基本不變。3.γ衰變：不穩(wěn)定原子核從較高能級躍遷到較低能級時，釋放出高能光子（γ射線）。主要特征是：釋放出γ射線（電離能力最弱，穿透力最強），不改變原子核的質子數和質量數，僅改變原子核的能量狀態(tài)。二、1.核電站：利用核裂變反應釋放的巨大熱能進行蒸汽發(fā)電，提供電能?；驹硎强煽劓準椒磻ㄟ^控制中子數量維持反應的穩(wěn)定進行。2.核醫(yī)學：利用放射性同位素或其射線進行疾病診斷和治療。應用包括：放射治療（利用射線殺死癌細胞）、核成像（如PET、SPECT顯像以診斷器官功能或病變）、放射性藥物（用于治療或診斷）。3.工業(yè)輻照：利用高能射線（如γ射線、電子束）對工業(yè)材料或產品進行處理。應用包括：食品輻照保鮮、殺蟲、滅菌；工業(yè)品無損檢測（如檢測材料內部缺陷）；促進某些材料改性（如塑料老化）。三、戈瑞(Gy)是吸收劑量的單位，表示單位質量的物質吸收的電離輻射能量，其定義是1焦耳能量被1千克物質吸收。希沃特(Sv)是劑量當量的單位，表示單位質量的生物組織或個體受到的電離輻射所產生的隨機性效應（主要是致癌風險）的等效劑量。區(qū)別在于：戈瑞衡量的是物理吸收的能量，適用于任何物質；希沃特是在吸收劑量的基礎上，乘以輻射權重因子（Wr），將不同類型的電離輻射對生物組織的不同生物效應（特別是隨機性效應）折算成一個統(tǒng)一的等效劑量。在討論輻射防護和健康風險時，使用希沃特(Sv)更為重要，因為它直接反映了不同輻射對生物體潛在危害的等效程度，是評估外照射對人體隨機性效應（如癌癥）風險的基礎。四、切爾諾貝利核事故的主要原因是：反應堆設計存在嚴重缺陷（如正反應性系數在空泡狀態(tài)下為正），運行人員違反安全規(guī)程進行實驗，導致反應堆失控，最終發(fā)生爆炸和大火，大量放射性物質泄漏。該事故帶來的重要啟示包括：必須高度重視核安全設計，避免存在危及安全的“固有缺陷”；需嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，杜絕違規(guī)操作；必須建立完善的應急響應機制和能力；要加強人員培訓和意識教育；需要國際合作共同應對核事故；必須加強對所有核設施的嚴格監(jiān)管和檢查；公眾對核安全的關切需要得到正視和溝通。五、1.時間原則：盡量縮短在輻射源附近的停留時間，以減少接受的總劑量。輻射劑量與暴露時間成正比。2.距離原則：盡可能遠離輻射源。由于輻射強度通常隨距離的平方成反比（點源輻射）或InverseSquareLaw（特定類型，如γ射線），增大距離可以顯著降低劑量率。3.屏蔽原則：利用合適的屏蔽材料將人體與輻射源隔開。不同類型的輻射需要不同的屏蔽材料，如吸收α射線的紙或布，吸收β射線的薄金屬板或塑料，吸收γ射線和中子射線需要較厚的混凝土、鉛板或特定材料（如含氫材料對中子有效）。應用舉例：在核設施操作時，限制人員進入高輻射區(qū)域，設定控制區(qū)域和限制區(qū)域；在日常生活中，如進行X光檢查時與探測器保持距離，利用鉛屏風屏蔽某些射線。六、當前核能發(fā)展面臨的主要困境包括：1.核安全風險與公眾接受度：歷史上的核事故（如福島）導致公眾對核安全的擔憂加劇，對核能的接受度普遍不高，成為項目建設和運營的障礙。2.核廢料處理：長壽命放射性核廢料的最終安全處置技術尚未完全成熟，缺乏普遍接受的處置方案和地點，引發(fā)環(huán)境和社會問題。3.高昂的初始投資和建設周期：核電站建設成本巨大，投資回報周期長，面臨來自可再生能源等競爭壓力。4.核擴散風險：核材料和技術可能被濫用用于制造核武器或“臟彈”，國際防擴散體系面臨挑戰(zhàn)。改善建議：1.大力發(fā)展和應用先進核能技術，如小型模塊化反應堆（SMR）、快堆（可處理核廢料）、聚變堆，以提高安全性、經濟性和可持續(xù)性。2.加強國際合作與信息共享，共同應對核安全、核廢料處理和防擴散挑戰(zhàn)，促進全球核能事業(yè)的健康發(fā)展。七、利用放射性同位素進行農作物育種的基本原理是：利用放射性同位素作為誘變因子，照射植物的種子、花粉或體細胞，誘導其基因發(fā)生突變。通過篩選，可以選育出具有優(yōu)良性狀（如高產、抗病、抗逆）的新品種。利用放射性同位素防治病蟲害的基本原理是：利用放射性同位素發(fā)出的射線（如γ射線）輻照害蟲或病原微生物，導致其遺傳物質損傷或生理功能紊亂，從而降低其生存、繁殖能力或致病性。優(yōu)勢在于：育種可創(chuàng)造新的遺傳多樣性；防治病蟲害效果顯著、殘留少、環(huán)保（相比某些化學農藥）。八、1.正電子發(fā)射斷層掃描(PET)：基本原理是：向患者體內注入含有放射性示蹤劑的藥物（該示蹤劑在體內能代謝到特定組織或病灶），示蹤劑在體內發(fā)生衰變，釋放出正電子，正電子與電子相遇發(fā)生湮滅，產生一對能量相等、方向相反的γ光子。探測器陣列同時探測到這兩個γ光子，確定其來源，從而構建出病灶區(qū)域示蹤劑濃度的三維圖像。主要用于功能性和代謝性顯像，如腫瘤診斷、腦部疾病研究、心臟病學等。2.放射治療(放療)：基本原理是：利用高能量的電離輻射（如X射線、γ射線、電子束、質子束等）照射腫瘤區(qū)域，破壞腫瘤細胞的DNA結構，阻止其分裂增殖，最終導致腫瘤細胞死亡。同時，也需要盡量保護周圍正常組織。根據治療設備不同，可分為外照射放療和近距離放療。比較：PET是一種功能影像技術，反映的是組織和器官的代謝、血流等生理功能信息；放療是一種治療手段，目的是殺滅癌細胞。PET主要用于診斷和評估治療效果，而放療是治療疾病的具體方法。九、國際原子能機構(IAEA)在核材料安全管理和防擴散中扮演的角色包括：1.監(jiān)督執(zhí)行《不擴散核武器條約》(NPT)的規(guī)定，核查締約國的核活動是否符合條約義務。2.通過其核保障行動，對成員國的核材料（如鈾、钚）的生產、使用和庫存進行監(jiān)督，發(fā)現和防止核材料非法轉移或濫用。3.提供技術援助，幫助成員國建立和加強其自身的核安全、核安保和核監(jiān)管能力。4.發(fā)布關于核安全、核安保事務的信息和標準，促進全球核安全的提升。核材料管制的主要措施包括：1.國際條約和國內立法：通過國際協(xié)議（如NPT、乏燃料處理協(xié)議）和各國法律，規(guī)范核材料的生產、貿易和使用。2.物理保護：對核材料，特別是武器級核材料，實施嚴格的物理隔離和安保措施。3.會計與核查：建立完善的核材料賬目體系，定期進行盤點和核查，確保材料的去向清晰可溯。4.輻射監(jiān)測：利用監(jiān)測設備（如輻射探測器）探測異常的輻射信號，及時發(fā)現核材料的非法轉移。5.信息系統(tǒng)：建立和共享核材料信息數據庫，加強情報交流和合作。十、核聚變能的基本原理是：利用極其強大的能量（如來自氫彈爆炸或受控核聚變裝置）使輕原子核（通常是氫的同位素——氘和氚）克服它們之間的靜電斥力，結合成更重的原子核（如氦），在此過程中釋放出巨大的能量。這個能量釋放過程遵循愛因斯坦的質能方程E=mc2。相較于核裂變能，核聚變能可能具有的優(yōu)勢在于：1.燃料來源豐富：氘在海水中含量豐富，氚可以通過鋰（地殼中存在）制備，資源近乎無限，不存在裂變燃料（鈾、钚）資源枯竭的問題。2.環(huán)境友好：聚變反應主要產物是穩(wěn)定的氦氣，不產生長壽命核廢料；反應過程不釋放二氧化碳等溫室氣體，對環(huán)境影響小。3.固有安全性高：聚變反應堆在發(fā)生擾動時，由于反應條件（高溫、高密度）難以維持，反應會自動中止，不存在像裂變堆那樣堆芯熔毀的風險。面臨的主要科學和工程挑戰(zhàn)包括：1.