2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在工業(yè)X射線探傷中，通常選用放射性同位素源的是(A)鍶-90(B)鈷-60(C)銫-137(D)氚-32.下列哪種核輻射探測器對γ射線的探測效率最高？(A)蓋革-米勒計(jì)數(shù)器(B)閃爍計(jì)數(shù)器(C)鋰漂移探測器(D)蓋革復(fù)合計(jì)數(shù)器3.利用中子活化分析測定材料成分時(shí)，主要依據(jù)的物理過程是(A)β衰變(B)α衰變(C)γ衰變(D)中子俘獲4.在食品輻照保鮮過程中，主要利用γ射線或高能電子束的作用是(A)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)(B)激發(fā)熒光(C)誘導(dǎo)核裂變(D)產(chǎn)生X射線5.工業(yè)上用于測量物料密度的核儀表，通常是利用了(A)射線穿透能力的差異(B)射線自吸收效應(yīng)(C)射線散射角的分布(D)射線熒光效應(yīng)6.核輻射防護(hù)中，通常采用鉛或混凝土作為屏蔽材料，主要是為了屏蔽哪種類型的輻射？(A)α粒子(B)β粒子(C)γ射線(D)中子7.個(gè)人劑量監(jiān)測通常使用劑量計(jì)，其主要測量的是(A)照射量(B)吸收劑量(C)劑量當(dāng)量(D)比釋動能率8.輻照加工中，提高輻照劑量的目的是為了(A)增加產(chǎn)品重量(B)改變材料的物理或化學(xué)性質(zhì)(C)減少設(shè)備損耗(D)提高產(chǎn)品價(jià)格9.輻射防護(hù)的“時(shí)間防護(hù)”原則是指(A)增加屏蔽厚度(B)使用更安全的放射源(C)縮短在輻射源附近停留的時(shí)間(D)增加個(gè)人劑量限值10.工業(yè)輻射成像技術(shù)與醫(yī)用X射線成像技術(shù)的顯著區(qū)別之一在于，工業(yè)成像通常更關(guān)注(A)圖像的分辨率(B)圖像的對比度(C)人體組織的顯影(D)成像速度二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題中的橫線上）1.放射性同位素源在工業(yè)應(yīng)用中，其活度的衰減遵循________定律。2.伽馬射線與物質(zhì)相互作用的主要方式有______、______和______。3.為了減少中子在材料中的多次散射，提高活化分析的靈敏度，常采用______中子源。4.核儀表的測量精度通常與其探測器的______和______有關(guān)。5.工業(yè)輻照加工中，控制輻照劑量和劑量率的主要設(shè)備是______。6.輻射防護(hù)的“距離防護(hù)”原則是基于______定律。7.標(biāo)志著核技術(shù)應(yīng)用進(jìn)入工業(yè)化階段的里程碑事件之一是______的廣泛應(yīng)用。8.在利用γ射線進(jìn)行工業(yè)探傷時(shí)，為了提高圖像對比度，常采用______技術(shù)。9.中子水分計(jì)利用中子與含氫物質(zhì)發(fā)生______反應(yīng)產(chǎn)生的信號來測量水分含量。10.核安全文化強(qiáng)調(diào)在核設(shè)施運(yùn)行的各個(gè)層面都應(yīng)融入______理念。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述蓋革-米勒計(jì)數(shù)器的工作原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.簡述工業(yè)上利用γ射線或X射線進(jìn)行材料厚度測量的基本原理。3.簡述中子活化分析的主要步驟及其在工業(yè)檢測中的一種應(yīng)用實(shí)例。4.簡述輻射加工與常規(guī)化學(xué)、物理加工方法相比，在改變材料性能方面的一些獨(dú)特優(yōu)勢。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1.某工業(yè)輻照裝置使用鈷-60源，其半衰期為5.27年?，F(xiàn)測得該源在某時(shí)刻的活度為1.0×101?Bq。求：(1)該時(shí)刻鈷-60源的質(zhì)量是多少？（假設(shè)源的有效比活度為6.0×1012Bq/g）(2)經(jīng)過1年后，該源剩余的活度為多少？2.為了屏蔽一個(gè)工業(yè)γ射線源（主射線的能量為1.25MeV），要求工作位置的劑量率低于1.0μSv/h。假設(shè)工作距離為1.0m，環(huán)境等效吸收劑量率與劑量率成正比?，F(xiàn)選用鉛作為屏蔽材料，其有效半值厚度為1.0cm。求：(1)為了達(dá)到屏蔽要求，至少需要多厚的鉛屏蔽層？(2)若改用混凝土屏蔽（有效半值厚度為3.0cm），所需的混凝土屏蔽層厚度是多少？五、論述題（15分）結(jié)合具體實(shí)例，論述核物理技術(shù)在工業(yè)安全監(jiān)控方面的作用和意義。試卷答案一、選擇題1.(B)2.(B)3.(D)4.(A)5.(B)6.(C)7.(C)8.(B)9.(C)10.(D)二、填空題1.指數(shù)2.康普頓散射，光電效應(yīng)，電子對生成3.快中子4.能量分辨率，時(shí)間分辨率5.輻照裝置（或輻射源）6.反平方7.食品輻照8.膠片照相9.裂變10.安全三、簡答題1.工作原理：利用放射源發(fā)出的γ射線進(jìn)入蓋革-米勒管，與管內(nèi)氣體發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生電子-離子對。這些電離粒子在高壓電場作用下加速，形成導(dǎo)電通道（雪崩），最終形成一次電脈沖信號輸出。通過計(jì)數(shù)這些電脈沖信號，即可測量射線的強(qiáng)度或劑量率。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、成本較低、易于維護(hù)、可測量多種射線。缺點(diǎn)：僅為脈沖探測器，不能區(qū)分射線的種類和能量；存在“死時(shí)間”效應(yīng)，計(jì)數(shù)效率隨計(jì)數(shù)率升高而下降；對輻射場強(qiáng)的變化響應(yīng)非線性。2.基本原理：利用γ射線或X射線對被測物體的穿透能力隨物體厚度增加而減弱的原理。將已知強(qiáng)度和能量的射線束照射到待測物體上，測量透射過物體后的射線強(qiáng)度。根據(jù)透射強(qiáng)度與厚度之間的函數(shù)關(guān)系（通常通過標(biāo)定獲得），即可推算出物體的厚度。常用方法包括透射法和衰減法。3.主要步驟：(1)樣品準(zhǔn)備：制備待測樣品。(2)中子輻照：用中子源照射樣品，使樣品中的穩(wěn)定核俘獲中子發(fā)生核反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成放射性同位素。(3)退火：將輻照后的樣品在真空或惰性氣氛中加熱，驅(qū)趕反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，防止污染探測器。(4)探測測量：用γ譜儀或其他探測器測量樣品衰變產(chǎn)生的特定能量γ射線（或β射線），通過能譜分析和定量計(jì)算，確定樣品中待測元素的濃度或含量。應(yīng)用實(shí)例：在石油工業(yè)中，利用中子活化分析測量巖心中的孔隙度或流體飽和度。將中子源注入井孔，照射地層巖石，通過測量巖石中產(chǎn)生的特定γ射線能譜變化，分析孔隙中流體（如油、氣、水）的性質(zhì)和分布。4.獨(dú)特優(yōu)勢：(1)能深度穿透：中子射線或高能γ射線可以穿透許多常規(guī)方法難以接觸的厚材料或堆疊物，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部檢測或處理。(2)作用機(jī)制獨(dú)特：輻照可以直接改變物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵合或分子鏈，可引發(fā)相變、改變晶體結(jié)構(gòu)、引入新功能、加速老化過程等，效果與常規(guī)加熱、化學(xué)蝕刻等方法不同。(3)無需接觸或少量接觸：可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量或遠(yuǎn)距離處理，減少人工干預(yù)和設(shè)備磨損。(4)可同時(shí)處理大量物料：適合工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)線應(yīng)用。(5)可處理密封或不透明物料：無需破壞包裝或?qū)ξ矬w外觀造成影響。四、計(jì)算題1.解：(1)源質(zhì)量m=活度A/比活度am=(1.0×101?Bq)/(6.0×1012Bq/g)m=1.0×101?/6.0×1012gm=1.67×10?3g(2)半衰期T?/?=5.27年=5.27×365.25×24×3600s平均壽命τ=T?/?/ln(2)=5.27×10?s/0.693≈7.61×10?s經(jīng)過1年后的活度A?=A?*e^(-t/τ)A?=(1.0×101?Bq)*e^(-(1×365.25×24×3600s)/(7.61×10?s))A?≈(1.0×101?Bq)*e^(-1.4)A?≈(1.0×101?Bq)*0.247A?≈2.47×10?Bq答：該時(shí)刻鈷-60源的質(zhì)量約為1.67×10?3g。經(jīng)過1年后，該源剩余的活度約為2.47×10?Bq。2.解：(1)設(shè)鉛屏蔽層厚度為xcm，要求屏蔽后劑量率降為初始值的(1/10000)，即強(qiáng)度降為初始值的(1/100)=10?2。根據(jù)半值厚度定義：強(qiáng)度I=I?*(1/2)^(x/h)10?2=1log??(10?2)=log??(I?)-x/h*log??(2)-2=0-x/h*0.301x/h=2/0.301≈6.64x=6.64*1.0cm=6.64cm(2)設(shè)混凝土屏蔽層厚度為ycm，同樣要求強(qiáng)度降為10?2。y/h_concrete=log??(10?2)/log??(2)y/3.0cm=-2/0.301y/3.0cm≈-6.64y=-6.64*3.0cm=-19.92cm由于厚度不能為負(fù)，計(jì)算過程或假設(shè)有誤，重新計(jì)算：y/h_concrete=log??(1/102)/log??(1/2)y/3.0cm=log??(102)/log??(2)y/3.0cm=2/0.301y=2/0.301*3.0cm≈19.92cm答：至少需要約6.64cm厚的鉛屏蔽層。若改用混凝土屏蔽，所需屏蔽層厚度約為19.92cm。五、論述題核物理技術(shù)在工業(yè)安全監(jiān)控方面發(fā)揮著不可或缺的作用和重要意義。首先，在輻射安全監(jiān)控中，利用劑量計(jì)、個(gè)人劑量監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測儀等核儀器，可以實(shí)時(shí)或定期監(jiān)測工作人員接受的輻射劑量，確保其不超過國家規(guī)定的劑量限值，從而保護(hù)從業(yè)人員的安全與健康。其次，在放射性物質(zhì)管理中，通過放射性示蹤技術(shù)、γ能譜分析等手段，可以精確追蹤、識別和定位工業(yè)過程中可能泄漏或遺失的放射性同位素（如密封源），進(jìn)行有效的管理和應(yīng)急響應(yīng)。例如，在核設(shè)施邊界監(jiān)測、事故調(diào)查等方面，便攜式譜儀的應(yīng)用至關(guān)重要。再者，在工業(yè)輻射防護(hù)方面，核安全分析（包括輻