2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核技術(shù)在海洋資源勘探中的應(yīng)用考試時(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)，每小題2分，共20分）1.在海洋沉積物中進(jìn)行中子活化分析（NAA）時(shí)，選擇鈹中子源（Beeut）而非其他類型中子源的主要原因之一是？A.鈹中子源成本最低B.鈹中子源能產(chǎn)生能量更高、穿透力更強(qiáng)的中子C.鈹中子源產(chǎn)生的中子與氧、硼等元素反應(yīng)較少，背景干擾小D.鈹中子源在海水環(huán)境中穩(wěn)定性最好2.利用伽馬能譜儀進(jìn)行海底地層測(cè)井時(shí)，主要通過(guò)探測(cè)哪種核輻射來(lái)區(qū)分不同的地層？A.Alpha粒子B.Beta粒子C.伽馬射線D.中子3.在海洋聲納探測(cè)中，放射性同位素（如氚或镅鈹源）通常作為？A.探頭核心敏感元件B.聲波的發(fā)射源C.水聽器陣列的信號(hào)放大器D.用于標(biāo)記特定海底生物進(jìn)行生態(tài)研究4.以下哪種核探測(cè)器的固有探測(cè)效率最高，最適合用于探測(cè)能量較低的伽馬射線（如環(huán)境背景輻射）？A.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器B.閃爍探測(cè)器C.半導(dǎo)體探測(cè)器（如硅或鍺探測(cè)器）D.氣泡室5.當(dāng)中子與海水中的氫核（質(zhì)子）發(fā)生碰撞時(shí)，主要發(fā)生的核反應(yīng)類型是？A.彈性散射B.非彈性散射C.俘獲反應(yīng)D.裂變反應(yīng)6.在利用核輻射進(jìn)行海底熱液噴口勘探時(shí)，重點(diǎn)探測(cè)的伴生放射性元素通常是？A.鈾（U）和釷（Th）B.鉀（K）C.鍶（Sr）和鋇（Ba）D.錳（Mn）和鐵（Fe）7.對(duì)于海洋環(huán)境下的核探測(cè)設(shè)備，其關(guān)鍵的技術(shù)要求之一是？A.極高的探測(cè)靈敏度B.良好的抗海水腐蝕能力C.寬廣的能量響應(yīng)范圍D.高速的數(shù)據(jù)處理能力8.放射性同位素測(cè)年技術(shù)在海洋地質(zhì)研究中的應(yīng)用，主要是基于？A.核衰變的半衰期穩(wěn)定性B.核反應(yīng)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)特性C.輻射對(duì)生物組織的損傷效應(yīng)D.輻射場(chǎng)對(duì)巖石的蝕變作用9.在核能譜分析中，為了從復(fù)雜的能譜中識(shí)別出特定核素的衰變峰，常用的方法之一是？A.提高探測(cè)器的探測(cè)效率B.增加中子源的強(qiáng)度C.對(duì)探測(cè)器進(jìn)行屏蔽以降低本底D.使用屏蔽材料選擇性地吸收干擾射線10.核技術(shù)在海洋資源勘探中面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.缺乏足夠的中子源B.探測(cè)器在深海高壓環(huán)境下的可靠性問(wèn)題C.衰變數(shù)據(jù)表的缺乏D.成本過(guò)于低廉二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線上，每空2分，共20分）1.核輻射與物質(zhì)相互作用的主要方式包括光電效應(yīng)、______效應(yīng)和______效應(yīng)。2.利用伽馬能譜測(cè)井時(shí)，不同地層由于其elementalcomposition不同，產(chǎn)生的______能譜特征也不同，從而可以進(jìn)行識(shí)別和劃分。3.中子活化分析（NAA）是一種基于______原理的元素分析方法，通過(guò)測(cè)量樣品受中子照射后產(chǎn)生的放射性同位素的______來(lái)確定樣品中特定元素的濃度。4.在海洋環(huán)境中，核探測(cè)設(shè)備的輻射屏蔽通常需要同時(shí)考慮對(duì)______射線、______射線和______的屏蔽。5.核輻射在聲納探測(cè)中的應(yīng)用，其基本原理是利用放射性同位素衰變過(guò)程中釋放的能量產(chǎn)生______或______，進(jìn)而產(chǎn)生聲波。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述中子活化分析（NAA）相比化學(xué)分析方法在海洋沉積物元素分析中的主要優(yōu)點(diǎn)。2.解釋為什么蓋革-米勒計(jì)數(shù)器通常用于海洋環(huán)境中的背景輻射監(jiān)測(cè)，而不是用于精確測(cè)量特定核素？3.簡(jiǎn)述利用核輻射進(jìn)行海洋油氣勘探的基本思路。4.闡述核技術(shù)在海洋資源勘探中，輻射安全與環(huán)境防護(hù)應(yīng)考慮的主要方面。四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟，每題8分，共16分）1.某海洋沉積物樣品經(jīng)中子照射后，測(cè)得特定元素X的放射性活度為5.0×103Bq/g。已知該元素X的半衰期為10天，求：a)1小時(shí)后樣品中該元素X的活度是多少？b)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，樣品中該元素X的活度降至初始值的1/16？2.一個(gè)用于海洋測(cè)量的伽馬能譜儀，其探測(cè)效率為15%。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)附近存在強(qiáng)度為3.7×10?Bq的Co-60源時(shí)，該譜儀在1分鐘內(nèi)記錄到的Co-60的特定衰變峰計(jì)數(shù)為120個(gè)。請(qǐng)估算該譜儀測(cè)量點(diǎn)距Co-60源的大致距離。（假設(shè)空氣吸收可忽略，Co-60的該衰變峰能量為1.17MeV，空氣密度約為1.225kg/m3，克-倫琴常數(shù)k=3.7×10?Bq/m3）五、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，全面、深入地回答下列問(wèn)題，共24分）1.詳細(xì)論述核技術(shù)（至少列舉三種不同的核技術(shù)）在尋找和評(píng)估海底多金屬結(jié)核（MNTs）資源中的應(yīng)用潛力、基本原理以及面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)和限制因素。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.A6.A7.B8.A9.D10.B二、填空題1.康普頓，電子對(duì)2.伽馬射線3.核反應(yīng)，放射性4.伽馬，中子，中子輻射5.脈沖，熱三、簡(jiǎn)答題1.優(yōu)點(diǎn)：非破壞性分析、無(wú)需復(fù)雜樣品前處理、可同時(shí)測(cè)定多種元素、靈敏度高、探測(cè)極限低、不受元素形態(tài)和化學(xué)成分干擾。2.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器是脈沖計(jì)數(shù)器，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)輻射場(chǎng)的快速變化不敏感，且易受干擾（如靜電、cosmicrays），適用于累計(jì)計(jì)數(shù)和背景輻射的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，但無(wú)法區(qū)分射線能量和計(jì)數(shù)率，無(wú)法進(jìn)行定量化測(cè)量特定核素。3.基本思路：利用放射性同位素（如Ra-226）衰變產(chǎn)生的伽馬射線或衰變鏈中子（如Am-241Be源產(chǎn)生的中子）作為“示蹤劑”。將源置于地下可能存在油氣儲(chǔ)層的鉆孔中或貼近地層，探測(cè)從地層中射出的伽馬射線（用于測(cè)井成像或識(shí)別礦物）或地層對(duì)中子的吸收/散射情況（中子測(cè)井），根據(jù)探測(cè)到的輻射特性推斷地層的物理性質(zhì)（如孔隙度、含油氣飽和度）。4.主要方面：輻射源的安全運(yùn)輸、儲(chǔ)存和保管；設(shè)備操作人員的劑量監(jiān)測(cè)與防護(hù)；防止放射性污染環(huán)境（土壤、水體、生物）；公眾輻射防護(hù)；事故應(yīng)急處理預(yù)案。四、計(jì)算題1.解：a)活度衰減遵循指數(shù)規(guī)律：A(t)=A?*e^(-λt)半衰期T?/?與衰變常數(shù)λ關(guān)系：λ=ln(2)/T?/?λ=ln(2)/10天≈0.0693天?1將時(shí)間單位換算為天：1小時(shí)=1/24天t=1/24天A(1小時(shí))=(5.0×103Bq/g)*e^(-0.0693*(1/24))≈(5.0×103Bq/g)*e^(-0.00288)≈(5.0×103Bq/g)*0.9971≈4.985×103Bq/gb)活度減為初始值的1/16，即經(jīng)歷了4個(gè)半衰期：t=4*T?/?=4*10天=40天A(40天)=A?*(1/2)?=A?/16（計(jì)算過(guò)程與(a)類似，最終結(jié)果為初始活度的1/16）2.解：a)計(jì)算Co-60源在測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生的注量率Φ(Bq/m2或Ci/m2)Φ=強(qiáng)度I/(4πr2)（假設(shè)點(diǎn)源，r為距離）注量率Φ=3.7×10?Bq/(4πr2)b)計(jì)算單位時(shí)間、單位面積探測(cè)器接收到的平均計(jì)數(shù)率C(counts/(m2·s))C=Φ*ε*σ（ε為探測(cè)效率，σ為吸收截面，與距離有關(guān)，但此處假設(shè)吸收可忽略，σ≈1）C≈Φ*ε=(3.7×10?Bq/(4πr2))*0.15c)計(jì)算總計(jì)數(shù)N=C*tN=[(3.7×10?Bq/(4πr2))*0.15]*(60s)已知N=120counts120=(3.7×10?*0.15*60)/(4πr2)120=(3.7×10?*9)/(4πr2)120=(3.33×10?)/(4πr2)120*4πr2=3.33×10?r2=(3.33×10?)/(120*4π)r2≈(3.33×10?)/(1508)r2≈2.21×10?r≈√(2.21×10?)r≈471m五、論述題（注：以下內(nèi)容僅為要點(diǎn)，實(shí)際論述應(yīng)更詳細(xì)展開）核技術(shù)在尋找和評(píng)估海底多金屬結(jié)核（MNTs）資源中的應(yīng)用潛力、原理及挑戰(zhàn)：1.中子活化分析（NAA）：*應(yīng)用潛力：可無(wú)損、快速地測(cè)定MNTs中多種元素（如Mn,Fe,Cu,Co,Ni,V,Ti等）的濃度。通過(guò)分析結(jié)核化學(xué)成分的空間分布和變化，可以圈定高品位結(jié)核聚集區(qū)或指示潛在的結(jié)核礦體。*基本原理：利用中子源照射MNTs樣品，樣品中的穩(wěn)定元素俘獲中子發(fā)生核反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成具有特定半衰期的放射性同位素。測(cè)量這些放射性同位素衰變產(chǎn)生的特征伽馬射線能譜，即可確定樣品中各元素的含量。*挑戰(zhàn)與限制：NAA通常需要較長(zhǎng)的照射時(shí)間；探測(cè)輕元素（如鈉、鎂）靈敏度較低；樣品自吸收和散射會(huì)降低探測(cè)效率；需要建立針對(duì)不同結(jié)核樣品的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量方法和校準(zhǔn)曲線；難以直接測(cè)量結(jié)核的宏觀分布和儲(chǔ)量。2.伽馬能譜測(cè)井（GammaSpectroscopyLogging）：*應(yīng)用潛力：可在海底鉆孔中測(cè)量地層（包括結(jié)核富集層）的伽馬能譜，識(shí)別地層巖性，特別是富集放射元素（如鈾、釷、鉀）的地層，這些地層可能與結(jié)核礦化有關(guān)。也可用于測(cè)量結(jié)核層段的密度、孔隙度等物理參數(shù)。*基本原理：將伽馬能譜儀（或中子伽馬能譜儀）下放至海底鉆孔中，探測(cè)從地層中射出的天然伽馬射線。根據(jù)伽馬能譜中不同能量峰（對(duì)應(yīng)不同核素）的強(qiáng)度和比例，可以推斷地層的礦物組成和元素含量。*挑戰(zhàn)與限制：伽馬能譜測(cè)井主要反映的是地層元素的整體分布，對(duì)結(jié)核這種具體礦物的直接識(shí)別能力有限；探測(cè)深度受地層厚度和巖石性質(zhì)影響；需要精確的儀器標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理；成本相對(duì)較高。3.中子測(cè)井（NeutronLogging）：*應(yīng)用潛力：可用于估算地層的孔隙度。MNTs富含氫元素，當(dāng)使用中子源（如Am-Be源）照射地層時(shí)，中子與氫核（質(zhì)子）發(fā)生彈性散射截面大，探測(cè)器接收到的散射中子數(shù)量與孔隙度密切相關(guān)。通過(guò)測(cè)量孔隙度，可以間接評(píng)估結(jié)核的豐度，因?yàn)榻Y(jié)核的存在會(huì)顯著增加地層的孔隙度。*基本原理：利用中子源產(chǎn)生快中子束，射向地層?？熘凶优c地層中的氫核（主要在孔隙水中）發(fā)生彈性散射，散射中子被中子探測(cè)器收集。地層中其他元素（如氧、碳）對(duì)快中子的吸收和慢化作用也參與測(cè)量。根據(jù)探測(cè)到的中子計(jì)數(shù)率，結(jié)合巖性參數(shù)，可以計(jì)算地層孔隙度。*挑戰(zhàn)與限制：中子測(cè)井