2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核材料在地質(zhì)礦產(chǎn)勘探中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.在地質(zhì)礦產(chǎn)勘探中，利用氡氣（Rn-222）進行示蹤，主要是利用了其衰變過程中產(chǎn)生的（）。A.β粒子B.γ射線C.α粒子D.中子2.下列哪種核素常用于伽馬能譜測井中，以指示鉀鹽礦床的存在？（）A.U-238B.Th-232C.K-40D.Ra-2263.核反應(yīng)方程23?U+1?n→23?U+X中，X代表的是（）。A.α粒子（?He）B.β粒子（?e?）C.中子（1n）D.γ射線4.半導(dǎo)體探測器（如硅探測器）主要用于探測哪種類型的核輻射？（）A.α粒子B.β粒子C.γ射線D.中子5.在中子活化分析（NAA）中，樣品被中子照射后，其放射性增強主要來源于（）。A.原有放射性核素的衰變B.穩(wěn)定核素俘獲中子后發(fā)生的核反應(yīng)C.中子自身的衰變D.探測器產(chǎn)生的電離6.伽馬能譜中，峰位對應(yīng)的是（）。A.射線能量B.射線強度C.射線種類D.探測器效率7.當探測效率一定時，樣品中放射性核素的活度越高，其產(chǎn)生的伽馬能譜中（）。A.基底越低B.特征峰越少C.特征峰越寬D.特征峰越高8.與化學(xué)分析方法相比，中子活化分析（NAA）的主要優(yōu)點之一是（）。A.可以直接測量樣品的物理性質(zhì)B.需要復(fù)雜的樣品前處理C.適合進行多元素同時分析D.對環(huán)境樣品的污染較嚴重9.在核地質(zhì)學(xué)中，研究地殼中天然放射性元素（U,Th,K）的分布和含量，對于尋找哪種礦產(chǎn)具有指示意義？（）A.煤炭B.石油C.礦床（如鈾礦、鉀鹽礦）D.天然氣10.放射性同位素示蹤法在地下水研究中，主要利用的是其衰變產(chǎn)生的（）作為示蹤信號。A.電離輻射B.熱量C.特征射線（如氡氣衰變鏈中的γ射線）D.化學(xué)性質(zhì)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.放射性衰變遵循________定律，半衰期是指放射性核素的________衰變掉所需的時間。2.α粒子、β粒子、γ射線三種射線，貫穿能力最強的是________，電離能力最強的是________。3.伽馬能譜分析中，為了準確測定樣品中某放射性核素的含量，通常需要扣除________和________的影響。4.利用中子照射地質(zhì)樣品，使其中的穩(wěn)定核素發(fā)生核反應(yīng)轉(zhuǎn)變成放射性核素，然后通過探測其衰變產(chǎn)生的________能譜來進行元素分析，這種方法稱為中子活化分析（NAA）。5.在輻射地質(zhì)學(xué)中，地殼中天然存在的放射性元素主要是________系、________系和鉀（K）衰變產(chǎn)生的。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述利用伽馬能譜測井技術(shù)在地質(zhì)勘探中確定礦層存在的基本原理。2.簡述放射性同位素示蹤法在研究地下水運動路徑時的基本思路。3.簡述中子活化分析（NAA）與化學(xué)分析方法相比，具有哪些突出的優(yōu)點。四、計算題（共25分）1.（10分）某放射性核素的半衰期為5天?，F(xiàn)測得該核素樣品的活度為1.28×10?Bq。求：a.10天后，樣品的活度是多少？b.經(jīng)過多少時間，樣品的活度衰減為原始活度的1/16？2.（15分）在伽馬能譜分析中，測得某未知樣品的能譜包含一個主要的特征峰，峰位對應(yīng)的能量為1.46MeV。已知該峰是由樣品中某放射性核素衰變產(chǎn)生的，且探測系統(tǒng)的峰分辨率（FWHM）為8%。假設(shè)該峰是對應(yīng)的單一放射性核素的特征γ射線，請估算該放射性核素衰變前原子核的能級差（忽略譜儀響應(yīng)函數(shù)的影響）。五、論述題（15分）結(jié)合核物理原理，論述中子活化分析（NAA）方法在地質(zhì)樣品元素分析中的適用范圍、基本步驟以及需要注意的關(guān)鍵問題。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.B6.A7.D8.C9.C10.C二、填空題1.指數(shù)衰減，一半2.γ射線，α粒子3.本底，散射4.伽馬，(或γ)5.鈾，釷三、簡答題1.伽馬能譜測井利用伽馬能譜儀測量地殼中天然放射性核素（U,Th,K）及其衰變產(chǎn)生的特征伽馬射線能譜。通過分析能譜中特征峰的位置（能量）和強度，可以識別樣品中存在的放射性元素種類和相對豐度。由于U,Th,K的含量與某些礦產(chǎn)（如鈾礦、鉀鹽礦）的形成和分布有關(guān)，因此可以根據(jù)測得的伽馬能譜信息，推斷礦層的存在位置、范圍和性質(zhì)。2.放射性同位素示蹤法利用半衰期適中、在環(huán)境中易于獲取和處理的放射性同位素作為示蹤劑。將其引入地下水系統(tǒng)或土壤中，利用探測器追蹤其在地下水流或元素遷移過程中的移動路徑。通過測量不同位置示蹤劑的濃度變化或衰變產(chǎn)物（如氡氣）的分布，可以了解地下水的流向、流速、地下水流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及某些元素（如鹽分、污染物）的遷移路徑。3.中子活化分析（NAA）的優(yōu)點主要包括：a.非破壞性或微損性分析：樣品在測試后仍保持其原始狀態(tài)，適合珍貴或有限樣品的分析。b.多元素同時分析：一次照射可以激發(fā)樣品中多種穩(wěn)定元素發(fā)生核反應(yīng)，生成多種不同能量的放射性核素，通過測量各自的衰變能譜，可以同時測定多種元素的含量。c.選擇性好：由于是利用核反應(yīng)，與元素的化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，可以避免化學(xué)干擾，特別適合分析成分復(fù)雜樣品或測定含量差異較大的元素。d.靈敏度較高：對于某些元素（如稀土元素、超鈾元素），NAA的靈敏度可以達到ppb甚至ppt級別。四、計算題1.解：a.設(shè)初始活度為A?=1.28×10?Bq，半衰期T?=5天。時間t=10天。根據(jù)放射性衰變定律A=A?*(1/2)^(t/T?)，A=1.28×10?*(1/2)^(10/5)A=1.28×10?*(1/2)2A=1.28×10?*0.25A=3.2×10?Bq10天后，樣品的活度為3.2×10?Bq。b.設(shè)衰減為原始活度的1/16，即A=A?/16。A/A?=(1/2)^(t/T?)=>1/16=(1/2)^(t/5)(1/2)?=(1/2)^(t/5)對數(shù)運算或比較指數(shù)可得：t/5=4t=4*5t=20天經(jīng)過20天，樣品的活度衰減為原始活度的1/16。2.解：設(shè)核反應(yīng)前原子核的能級差為ΔE。探測系統(tǒng)的峰分辨率（FWHM）為8%，即ΔEmeasured/ΔEtrue=8%=0.08。測得的峰能量Emeasured=1.46MeV。根據(jù)分辨率定義：ΔEmeasured=FWHM=0.08*ΔEtrue。Emeasured=ΔEtrue-ΔEmeasured=ΔEtrue-0.08*ΔEtrueEmeasured=ΔEtrue*(1-0.08)Emeasured=ΔEtrue*0.92ΔEtrue=Emeasured/0.92ΔEtrue=1.46MeV/0.92ΔEtrue≈1.587MeV該放射性核素衰變前原子核的能級差約為1.59MeV。五、論述題中子活化分析（NAA）是利用中子照射樣品，使樣品中的穩(wěn)定核素俘獲中子發(fā)生核反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成放射性核素（活化核素），然后通過探測這些活化核素衰變產(chǎn)生的特征伽馬射線能譜，來確定樣品中元素含量的一種分析方法。它在地質(zhì)樣品元素分析中的應(yīng)用廣泛，基本步驟包括：樣品制備、中子照射（選擇合適的照射源和照射時間）、冷卻（待強放射性衰變到適宜水平）、伽馬能譜測量（使用高分辨率伽馬能譜儀）以及譜圖分析和數(shù)據(jù)處理（識別特征峰、扣除本底和散射峰、定量計算元素含量）。NAA的適用范圍很廣，可以分析地質(zhì)樣品中的幾乎所有元素（除氫、氦等輕元素