2025年大學(xué)《核物理》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——核物理專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)研討匯報(bào)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是構(gòu)成原子核的主要粒子？A.質(zhì)子B.中子C.電子D.光子2.根據(jù)核力性質(zhì)，原子核中的核子（質(zhì)子和中子）主要表現(xiàn)為：A.長(zhǎng)程的電磁力B.短程的強(qiáng)相互作用力C.長(zhǎng)程的引力D.短程的弱相互作用力3.放射性衰變過(guò)程中，原子核釋放一個(gè)β?粒子（電子），則該原子核：A.質(zhì)量數(shù)增加1，原子序數(shù)增加1B.質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)增加1C.質(zhì)量數(shù)減少1，原子序數(shù)減少1D.質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)減少14.能量低于原子核結(jié)合能的粒子，要被束縛在原子核內(nèi)，這種狀態(tài)稱(chēng)為：A.空間量子化B.能級(jí)躍遷C.量子隧穿D.結(jié)合態(tài)5.以下哪種核反應(yīng)過(guò)程是核聚變的主要特征？A.重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的核B.中等質(zhì)量的核分裂成兩個(gè)或多個(gè)更輕的核C.兩個(gè)或多個(gè)輕核結(jié)合成一個(gè)較重的核，并釋放能量D.原子核俘獲一個(gè)中子并發(fā)射一個(gè)α粒子6.在核反應(yīng)23?U+n→2?1Pu+X中，X代表的是：A.α粒子(?He)B.β?粒子(電子)C.中子(n)D.γ射線7.用于測(cè)量中子通量的探測(cè)器是：A.GM計(jì)數(shù)器B.閃爍探測(cè)器C.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器D.中子活化探測(cè)器8.標(biāo)識(shí)一種放射性同位素的特征參數(shù)是：A.半衰期B.摩爾質(zhì)量C.折射率D.離子化能二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線處）9.原子核的放射性衰變遵守______定律，衰變率（活動(dòng)度）隨時(shí)間呈指數(shù)衰減。10.描述原子核內(nèi)核子間飽和性和短程性的核力特性是______。11.放射性元素經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期，有______%的原子核發(fā)生了衰變。12.根據(jù)玻爾理論，原子核的角動(dòng)量是______的。13.核反應(yīng)過(guò)程中，必須滿(mǎn)足______定律和______定律。14.在核四極矩測(cè)量中，利用了原子核在電場(chǎng)中的______效應(yīng)。15.粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中，傳遞弱相互作用的規(guī)范玻色子是______、______和______。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）16.簡(jiǎn)述原子核的殼模型主要解釋了哪些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。17.描述α衰變和β衰變過(guò)程中，原子核的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)以及質(zhì)量數(shù)是如何變化的。18.什么是核裂變？簡(jiǎn)述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以持續(xù)進(jìn)行的條件。19.簡(jiǎn)述核輻射的主要類(lèi)型及其主要的物理特性。四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟）20.某放射性同位素的半衰期為5天。如果初始時(shí)該同位素的活度為1×1012Bq，計(jì)算：(1)10天后，該同位素的活度是多少？(2)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，該同位素的活度衰減到初始值的1%？21.已知鈾-235的原子質(zhì)量為235.0439u，鋇-141的原子質(zhì)量為140.9139u，中子質(zhì)量為1.0087u。計(jì)算鈾-235核裂變生成鋇-141和一個(gè)中子時(shí)，釋放的能量（提示：1u=931.5MeV/c2）。五、論述題（請(qǐng)圍繞問(wèn)題展開(kāi)論述）22.結(jié)合核結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)，論述為什么重核比輕核更容易發(fā)生裂變。23.闡述核物理研究對(duì)人類(lèi)能源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)可能帶來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。六、文獻(xiàn)分析題（請(qǐng)閱讀以下模擬文獻(xiàn)摘要，回答問(wèn)題）【摘要】近年來(lái)，利用加速器產(chǎn)生的極重離子束流研究原子核結(jié)構(gòu)與性質(zhì)已成為前沿領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)表明，在質(zhì)量數(shù)A≈250-260的區(qū)域存在“中子滴”核（neutrondriplinenucleus），這些核子幾乎全部為中子，穩(wěn)定性極差。研究“中子滴”核的形變、暈效應(yīng)以及衰變模式，對(duì)于檢驗(yàn)和完善核模型、理解原子核的物質(zhì)極限具有重要意義。實(shí)驗(yàn)上通常通過(guò)測(cè)量其電四極矩或γ射線發(fā)射譜來(lái)推斷其形變性質(zhì)。理論計(jì)算則需結(jié)合微擾二體模型或高級(jí)的核結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行。該領(lǐng)域的研究有助于揭示強(qiáng)相互作用下多體系統(tǒng)的復(fù)雜行為。24.根據(jù)摘要，簡(jiǎn)述研究“中子滴”核的重要意義是什么？25.摘要中提到的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法有哪些？它們分別能提供關(guān)于“中子滴”核的什么信息？26.理論計(jì)算“中子滴”核性質(zhì)時(shí)，摘要中提到了哪兩種方法？簡(jiǎn)述這兩種方法的思路差異。七、報(bào)告設(shè)計(jì)題（請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)報(bào)告提綱或主要內(nèi)容）27.假設(shè)你要就“快中子反應(yīng)堆的核物理問(wèn)題”進(jìn)行一次學(xué)術(shù)研討匯報(bào)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)你的PPT報(bào)告提綱，至少包含四個(gè)主要部分。試卷答案一、選擇題1.C解析思路：原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，不在原子核內(nèi)部。光子是電磁輻射的量子。2.B解析思路：核力是短程力，主要表現(xiàn)為強(qiáng)相互作用，其作用范圍極短（約1-2費(fèi)米），且具有飽和性。3.B解析思路：β?衰變是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，釋放一個(gè)電子（β?粒子）和一個(gè)反電子中微子。因此，質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)（質(zhì)子數(shù)）增加1。4.D解析思路：只有能量低于原子核結(jié)合能的束縛粒子才能處于結(jié)合態(tài)，否則會(huì)因能量不足無(wú)法被束縛。5.C解析思路：核聚變是指兩個(gè)或多個(gè)輕核結(jié)合成一個(gè)較重的核的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程會(huì)釋放出巨大的能量。6.C解析思路：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒（238+1=241+Xmassnumber）和原子序數(shù)守恒（92+0=94+Xatomicnumber），X的質(zhì)量數(shù)為1，原子序數(shù)為0，為自由中子。7.D解析思路：中子活化探測(cè)器利用中子與靶核反應(yīng)產(chǎn)生放射性同位素，該同位素隨后衰變并發(fā)出可探測(cè)的射線，從而間接測(cè)量中子數(shù)量和通量。8.A解析思路：半衰期是放射性同位素固有的特性，反映了其衰變快慢，是區(qū)分不同放射性元素的標(biāo)志。摩爾質(zhì)量是物質(zhì)的物理屬性，折射率是光學(xué)性質(zhì)，離子化能是原子或分子失去電子所需的能量。二、填空題9.指數(shù)解析思路：放射性衰變遵循指數(shù)衰減規(guī)律，即衰變率與當(dāng)前存在的原子核數(shù)量成正比。10.飽和性，短程性解析思路：核力具有飽和性，即每個(gè)核子只與鄰近的少數(shù)幾個(gè)核子發(fā)生強(qiáng)相互作用；同時(shí)，核力作用范圍很短，超出一定距離后迅速衰減。11.50解析思路：半衰期定義為放射性原子核數(shù)量減少到一半所需的時(shí)間。經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期，剩余原子核數(shù)為初始數(shù)的1/2，即50%。12.脈動(dòng)，量子化解析思路：根據(jù)核殼模型，原子核的角動(dòng)量是量子化的，并且其空間取向存在量子態(tài)。某些模型也引入了角動(dòng)量的脈動(dòng)現(xiàn)象。13.能量守恒，動(dòng)量守恒解析思路：任何物理過(guò)程，包括核反應(yīng)，都必須遵守能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。14.壓電解析思路：電四極矩是指原子核在非均勻電場(chǎng)中受到的力矩，與原子核的形變有關(guān)。利用電四極矩可以測(cè)量原子核的形變程度。15.W?，W?，Z?解析思路：粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型確定，弱相互作用由三種規(guī)范玻色子傳遞：帶正電的W?玻色子，帶負(fù)電的W?玻色子，以及中性的Z?玻色子。三、簡(jiǎn)答題16.殼模型主要解釋了以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：解析思路：(1)原子核的質(zhì)量和結(jié)合能的“幻數(shù)”效應(yīng)，即具有特定數(shù)目質(zhì)子或中子（如2,8,20,28,50,82,126）的原子核特別穩(wěn)定。(2)原子核的磁矩和電四極矩的實(shí)驗(yàn)值與理論計(jì)算值吻合較好。(3)解釋了原子核的“島”穩(wěn)定性，即輕核和極重核區(qū)域的穩(wěn)定性規(guī)律。(4)區(qū)分了“谷”穩(wěn)定線和“滴”穩(wěn)定線區(qū)域原子核的性質(zhì)。17.α衰變和β衰變過(guò)程中，原子核的變化如下：解析思路：(1)α衰變：原子核釋放一個(gè)α粒子（2He?）。結(jié)果是：質(zhì)子數(shù)減少2，中子數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4。(2)β?衰變：原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，釋放一個(gè)β?粒子（電子）和一個(gè)反電子中微子。結(jié)果是：質(zhì)子數(shù)增加1，中子數(shù)減少1，質(zhì)量數(shù)不變。(3)β?衰變（正電子發(fā)射）：原子核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶樱尫乓粋€(gè)β?粒子（正電子）和一個(gè)電子中微子。結(jié)果是：質(zhì)子數(shù)減少1，中子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變。18.核裂變是指重原子核（如鈾-235、钚-239）在吸收一個(gè)中子后，分裂成兩個(gè)或多個(gè)質(zhì)量中等的原子核的過(guò)程，同時(shí)釋放出中子、γ射線和巨大的能量。解析思路：核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以持續(xù)進(jìn)行的條件是：(1)裂變產(chǎn)生的中子中，至少要有一定比例（超過(guò)臨界條件要求）能夠引起其他重核裂變。(2)吸收中子的材料（裂變碎片）能夠有效地將裂變中子減速，使其成為適合引發(fā)下一次裂變的熱中子。(3)必須存在足夠數(shù)量的易裂變材料，以維持中子數(shù)的有效增殖。19.核輻射的主要類(lèi)型及其主要物理特性：解析思路：(1)α射線：由氦核（2He?）組成，電離能力強(qiáng)，穿透能力弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米，易被紙或皮膚阻擋。(2)β射線：高速運(yùn)動(dòng)的電子（β?）或正電子（β?），電離能力中等，穿透能力比α射線強(qiáng)，可穿透紙張，但被鋁板或塑料阻擋。(3)γ射線：高能光子，電離能力相對(duì)較弱，但穿透能力極強(qiáng)，需要厚重的屏蔽材料（如鉛或混凝土）才能有效阻擋。(4)中子射線：自由中子流，具有強(qiáng)烈的穿透能力，能引起物質(zhì)俘獲反應(yīng)和電離，防護(hù)主要采用慢化劑（如水、石蠟）和吸收材料（如硼、鎘）。四、計(jì)算題20.解：(1)設(shè)初始活度為A?=1×1012Bq，半衰期T?=5天。10天后活度A為：A=A?*(1/2)^(t/T?)=(1×1012)*(1/2)^(10/5)=(1×1012)*(1/2)2=2.5×1011Bq。(2)設(shè)衰減到初始值的1%所需時(shí)間為t，則A=A?*1%=0.01*A?。0.01*A?=A?*(1/2)^(t/T?)0.01=(1/2)^(t/5)取對(duì)數(shù)得：log(0.01)=(t/5)*log(0.5)t/5=log(0.01)/log(0.5)=-2/-0.301=2/0.301≈6.64t≈6.64*5≈33.2天。答：10天后活度為2.5×1011Bq；衰減到初始值的1%需要約33.2天。21.解：反應(yīng)方程：23?U+n→1?1Ba+1?2Sr+3n(注：題目要求計(jì)算裂變釋放能量，通?？紤]一個(gè)鈾核吸收一個(gè)中子裂變，產(chǎn)生一個(gè)鋇和一個(gè)中等的裂變碎片，并釋放多個(gè)中子。這里按題目給定的鋇-141和一個(gè)中子計(jì)算，忽略了一個(gè)額外的中子和一個(gè)較重的裂變碎片，能量會(huì)略有不同。)質(zhì)量虧損Δm=(質(zhì)量數(shù)*單位質(zhì)量數(shù))-(產(chǎn)物的質(zhì)量數(shù)*單位質(zhì)量數(shù))Δm=(235.0439u+1.0087u)-(140.9139u+1.0087u+2*1.0087u)（假設(shè)釋放2個(gè)中子）Δm=236.0526u-(140.9139u+1.0087u+2.0174u)Δm=236.0526u-144.9400uΔm=91.1126u釋放的能量E=Δm*c2=91.1126u*931.5MeV/uE≈84950.6MeV答：釋放的能量約為8.5×10?MeV。五、論述題22.重核比輕核更容易發(fā)生裂變，原因如下：解析思路：(1)核結(jié)合能曲線：從核結(jié)合能曲線可以看出，中等質(zhì)量核區(qū)的結(jié)合能pernucleon（每個(gè)核子的結(jié)合能）最高，意味著這些核最穩(wěn)定。重核位于曲線右側(cè)，結(jié)合能pernucleon隨質(zhì)量數(shù)增大而逐漸下降。(2)形變能：重核通常具有較高的形變能，即它們處于較高的激發(fā)態(tài)，核形狀容易偏離球形。這使得它們?cè)谕饧与妶?chǎng)或中子誘導(dǎo)下更容易發(fā)生變形。(3)中子吸收截面：重核（特別是像鈾-235、钚-239這樣的易裂變核）對(duì)中子的吸收截面很大，意味著它們更容易吸收中子。(4)能量釋放：當(dāng)重核吸收中子后發(fā)生裂變時(shí)，產(chǎn)生的兩個(gè)中等質(zhì)量的裂變碎片結(jié)合能遠(yuǎn)高于吸收中子的能量和原始重核的結(jié)合能，因此整個(gè)過(guò)程中釋放出巨大的能量。對(duì)于輕核，即使發(fā)生分裂，釋放的能量也相對(duì)較少，甚至可能需要吸收能量。綜合以上因素，重核在吸收中子后，通過(guò)形變和能量釋放，更容易克服庫(kù)侖斥力，分裂成兩個(gè)或多個(gè)較輕的穩(wěn)定核。23.核物理研究對(duì)人類(lèi)能源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)：解析思路：(1)機(jī)遇：*能源開(kāi)發(fā)：核裂變技術(shù)提供了高效、清潔的能源（核電站），可減少對(duì)化石燃料的依賴(lài)和溫室氣體排放。可控核聚變被視為未來(lái)的終極能源，具有資源幾乎無(wú)限、放射性廢料少、固有安全性高等優(yōu)點(diǎn)，是解決全球能源危機(jī)的潛在方案。*環(huán)境保護(hù)：核能發(fā)電不產(chǎn)生大氣污染物。核技術(shù)可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)（污染物追蹤、輻射水平測(cè)量）、醫(yī)療廢物和工業(yè)廢水的處理（放射性廢料處理、去污）、土壤改良、病蟲(chóng)害防治等。*工業(yè)應(yīng)用：放射性同位素用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)（探傷）、材料老化研究、農(nóng)業(yè)育種、水泥硬化等。*醫(yī)療應(yīng)用：核醫(yī)學(xué)利用放射性藥物進(jìn)行疾病診斷和治療（癌癥放療、核素顯像）。*基礎(chǔ)科學(xué)：核物理研究有助于我們理解物質(zhì)的基本構(gòu)成和相互作用，推動(dòng)物理學(xué)、天文學(xué)等相關(guān)學(xué)科發(fā)展。(2)挑戰(zhàn)：*能源安全：核電站存在核事故風(fēng)險(xiǎn)（如切爾諾貝利、福島事件），可能造成嚴(yán)重環(huán)境和人員傷亡。核武器擴(kuò)散也是全球性的重大挑戰(zhàn)。*核廢料處理：核裂變產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命放射性廢料需要安全、長(zhǎng)期地儲(chǔ)存和管理，至今仍是技術(shù)和社會(huì)難題。*核安全問(wèn)題：核材料被盜或?yàn)E用可能引發(fā)核恐怖主義。核設(shè)施的安保措施需要持續(xù)加強(qiáng)。*高成本：核電站的建設(shè)成本高，投資周期長(zhǎng)，退役處理成本也高。*公眾接受度：核能與核事故、核廢料、核武器等問(wèn)題相關(guān)聯(lián)，部分公眾存在恐懼心理，影響了核能的發(fā)展。*聚變技術(shù)難度：可控核聚變技術(shù)難度極大，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用尚需很長(zhǎng)時(shí)間。六、文獻(xiàn)分析題24.研究“中子滴”核的重要意義在于：解析思路：中子滴核位于核素圖的最左端，其性質(zhì)（如穩(wěn)定性、形變、結(jié)構(gòu)）嚴(yán)重偏離了穩(wěn)定核的普遍規(guī)律。研究它們有助于：(1)深入檢驗(yàn)和完善現(xiàn)有的核結(jié)構(gòu)理論（如殼模型、液滴模型、費(fèi)米氣體模型等），特別是它們?cè)跇O端核子密度下的預(yù)言能力。(2)探索核力的奇異性和飽和性在極端條件下的表現(xiàn)。(3)理解原子核存在的“物質(zhì)極限”，即核子能夠穩(wěn)定結(jié)合的最大質(zhì)量數(shù)或電荷數(shù)。(4)為理解天體物理中重元素的形成機(jī)制（如超新星爆發(fā)、中子星合并）提供關(guān)鍵信息。25.摘要中提到的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法有：測(cè)量電四極矩和測(cè)量γ射線發(fā)射譜。解析思路：文中明確提到“通過(guò)測(cè)量其電四極矩或γ射線發(fā)射譜來(lái)推斷其形變性質(zhì)”。(1)測(cè)量電四極矩：電四極矩是描述原子核形狀（非球形）的物理量。通過(guò)在強(qiáng)電場(chǎng)中測(cè)量原子核的響應(yīng)（如譜線分裂），可以確定其電四極矩的大小，從而推斷其形變程度和形狀。(2)測(cè)量γ射線發(fā)射譜：處于激發(fā)態(tài)的“中子滴”核會(huì)通過(guò)發(fā)射γ射線回到較低能級(jí)。γ射線的能量和強(qiáng)度譜包含了關(guān)于原子核能級(jí)結(jié)構(gòu)、躍遷幾率以及核形狀和自旋宇稱(chēng)的信息，因此可以通過(guò)分析γ譜來(lái)研究其形變性質(zhì)。26.摘要中提到的理論計(jì)算方法是：微擾二體模型和高級(jí)的核結(jié)構(gòu)模型。解析思路：文中提到“理論計(jì)算則需結(jié)合微擾二體模型或高級(jí)的核結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行”。(1)微擾二體模型：這是一種近似方法，通常用于計(jì)算輕核或中等核的形狀和轉(zhuǎn)動(dòng)。它假設(shè)核子之間相互作用較弱，可以看作是自由的核子在外加自旋-軌道場(chǎng)或庫(kù)侖場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于形變大的“中子滴”核，這種模型可能需要修正或與其他模型結(jié)合。(2)高級(jí)的核結(jié)構(gòu)模型：這可能包括更復(fù)雜的多體模型（如相互作用玻色子模型IBM、相互作用粒子模型IPM