2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核技術(shù)在城市規(guī)劃與建設(shè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在核技術(shù)應(yīng)用中，利用放射性同位素的射線穿透能力進(jìn)行物質(zhì)成分分析或缺陷檢測(cè)，主要利用的是哪種射線的特性？A.α射線的電離能力強(qiáng)B.β射線的穿透能力中等C.γ射線的穿透能力最強(qiáng)D.中子射線能與物質(zhì)發(fā)生彈性散射2.放射性核素衰變時(shí)，其半衰期是指放射性活度減少到初始值一半所需要的時(shí)間。半衰期是核素本身的屬性，下列說法正確的是？A.放射性強(qiáng)度越大，半衰期越長(zhǎng)B.半衰期短的核素，其衰變方式一定更復(fù)雜C.半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少量原子核不適用D.半衰期與核外電子排布有關(guān)3.在城市規(guī)劃中的環(huán)境放射性水平監(jiān)測(cè)中，常用伽馬能譜儀測(cè)量環(huán)境介質(zhì)中的天然放射性核素。以下哪種核素是地殼中主要的天然α核素貢獻(xiàn)者？A.鍶-90(??Sr)B.銫-137(??Cs)C.釙-210(21?Po)D.鈾-238(23?U)的衰變鏈子體4.若要探測(cè)土壤中的水分含量，以下哪種核輻射探測(cè)技術(shù)較為常用？A.伽馬射線掃描成像B.中子水分儀C.α粒子背散射D.β射線透射5.在城市規(guī)劃與建設(shè)中，利用放射性同位素進(jìn)行地基沉降觀測(cè)，通常采用的是？A.利用放射性元素的熱效應(yīng)B.利用放射性元素的電離效應(yīng)C.利用放射性示蹤原理，通過探測(cè)示蹤劑的遷移來推斷水分或應(yīng)力變化D.利用放射性元素的發(fā)光特性6.對(duì)于城市規(guī)劃中的大型工程項(xiàng)目（如隧道、大壩）的混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)，最適合的核輻射探測(cè)方法是？A.伽馬射線透照B.X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）C.α粒子放射源法D.中子射線照相7.城市規(guī)劃中利用核技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探，以確定地下含水層位置和厚度，主要依據(jù)的是？A.伽馬射線與含水量相關(guān)的衰減特性B.中子射線與礦物成分的相互作用C.放射性同位素在地下水流中的示蹤效果D.鉆孔取樣的放射性背景測(cè)量8.在核電站等核設(shè)施周邊的城市規(guī)劃中，進(jìn)行輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要目的是？A.尋找地質(zhì)構(gòu)造B.監(jiān)測(cè)天然背景輻射水平變化C.探測(cè)核設(shè)施排放的放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響D.評(píng)估地震對(duì)設(shè)施的影響9.以下哪項(xiàng)不是核技術(shù)在城市規(guī)劃與管理中應(yīng)用所需要重點(diǎn)考慮的安全與環(huán)境問題？A.放射性廢物的處理與處置B.核設(shè)施運(yùn)行對(duì)周邊居民健康的影響C.城市熱島效應(yīng)的測(cè)量方法D.核事故應(yīng)急響應(yīng)規(guī)劃10.輻射劑量是衡量電離輻射對(duì)生物組織損傷程度的重要物理量。在核技術(shù)應(yīng)用中，通常使用哪個(gè)物理量來評(píng)估外照射對(duì)人體的危害？A.吸收劑量(D)B.比釋動(dòng)能(K)C.劑量當(dāng)量(H)D.有效劑量(E)二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.核輻射與物質(zhì)相互作用的主要方式包括________散射、________吸收和________電離。2.利用放射性同位素的________特性進(jìn)行示蹤，是核技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)和工程勘察中的一種重要應(yīng)用方法。3.在城市規(guī)劃中評(píng)估土壤污染時(shí)，可以通過測(cè)量土壤樣品的________能譜來識(shí)別和定量化放射性污染物。4.中子射線照相技術(shù)利用中子與________的相互作用來探測(cè)材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷。5.放射性核素示蹤技術(shù)在地下水文研究中，可以幫助了解地下水的________運(yùn)動(dòng)路徑和________速度。6.規(guī)劃核設(shè)施時(shí)，需要考慮其與周邊居住區(qū)的安全距離，以限制公眾接受的輻射________劑量。7.伽馬射線透照技術(shù)利用伽馬射線的________特性，可以檢測(cè)厚材料或大型結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷。8.核技術(shù)在建筑材料檢測(cè)中，可以用于評(píng)估混凝土的________、骨料含量等內(nèi)部信息。9.環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)中常用的儀器有蓋革-米勒計(jì)數(shù)器、________計(jì)數(shù)器和能譜儀等。10.核設(shè)施選址的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，需要對(duì)當(dāng)?shù)氐腳_______放射性背景水平進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和評(píng)估。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用核輻射探測(cè)技術(shù)進(jìn)行土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要原理及其至少兩種具體應(yīng)用。2.簡(jiǎn)述中子水分儀在城市規(guī)劃與建設(shè)中用于探測(cè)土壤水分含量的基本原理。3.簡(jiǎn)述在核設(shè)施周邊城市規(guī)劃中，為什么要進(jìn)行長(zhǎng)期的環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)？監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括哪些方面？4.簡(jiǎn)述利用核技術(shù)進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)的原理，并列舉至少兩種可用于檢測(cè)的核輻射類型或方法。四、計(jì)算題（每題7分，共14分）1.某放射性核素的半衰期為5天。現(xiàn)測(cè)得該核素樣品的初始活度為1.0×10?Bq。求：a.10天后，樣品的剩余活度為多少？b.樣品活度減少到初始值的1/16時(shí)，需要經(jīng)過多少天？2.假設(shè)某地區(qū)環(huán)境空氣中天然放射性核素氡-222(222Rn)的平均濃度為100Bq/m3。設(shè)氡-222的物理半衰期為3.82天，平均衰變能量為5.59MeV，其中88%的能量轉(zhuǎn)化為伽馬射線。若忽略空氣動(dòng)力學(xué)因素，估算該氡濃度貢獻(xiàn)給室內(nèi)人員肺部（有效受照體積約0.5L）的年有效劑量當(dāng)量（假設(shè)氡及其子體在肺部的沉積和衰變符合相關(guān)模型，取空氣密度1.2kg/m3，吸入效率因子0.1，轉(zhuǎn)換系數(shù)1Sv/Bq·s）。注意：需先估算空氣中的氡子體濃度，再計(jì)算其貢獻(xiàn)劑量。五、論述題（10分）結(jié)合城市規(guī)劃與建設(shè)的實(shí)際需求，論述核技術(shù)（如環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探、材料檢測(cè)等）在提高城市建設(shè)效率、保障環(huán)境安全、提升基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量等方面至少三個(gè)方面的重要作用，并分析其應(yīng)用中可能面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)措施。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.B5.C6.A7.A8.C9.C10.D二、填空題1.光子，粒子，電離2.示蹤3.伽馬4.原子核5.遷移，流速6.當(dāng)量7.穿透8.密度9.蓋革-米勒10.天然三、簡(jiǎn)答題1.原理：利用放射性源發(fā)出的射線（如伽馬射線、中子射線）與環(huán)境介質(zhì)相互作用（如散射、吸收、活化）產(chǎn)生的可測(cè)量信號(hào)（如計(jì)數(shù)率、能量分布、射線透射/散射強(qiáng)度變化）來推斷介質(zhì)的某些物理化學(xué)性質(zhì)或存在狀態(tài)。應(yīng)用：①測(cè)量土壤中特定核素的活度或能譜，判斷是否存在放射性污染及其來源和程度；②利用伽馬能譜分析土壤元素組成；③利用中子活化分析土壤成分。2.原理：中子與含氫物質(zhì)（如水分子）發(fā)生彈性散射，散射中子的能量和角分布與水分子的數(shù)量（即含氫量）有關(guān)。中子水分儀發(fā)射中子束進(jìn)入土壤，探測(cè)返回的散射中子計(jì)數(shù)率或能量分布，根據(jù)其與含水量的已知關(guān)系，推算土壤的含水量。3.原理：核設(shè)施運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生或釋放放射性物質(zhì)，可能對(duì)周邊環(huán)境和居民健康造成潛在影響。長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可以追蹤這些影響的動(dòng)態(tài)變化，確保其低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，為設(shè)施安全運(yùn)行、優(yōu)化防護(hù)措施和制定應(yīng)急計(jì)劃提供依據(jù)，并維護(hù)公眾信心。內(nèi)容：①空氣中放射性核素濃度（如氡及其子體、碘-131等）；②土壤和地表沉積物中的放射性核素活度濃度和能譜；③地下水中的放射性核素濃度和能譜；④植物體內(nèi)的放射性核素含量；⑤周邊居民受照劑量估算。4.原理：利用放射性源發(fā)出的射線（如伽馬射線、中子射線）穿透混凝土等材料，射線在材料內(nèi)部與原子相互作用發(fā)生衰減、散射或活化，透射或散射出的射線強(qiáng)度、能量分布或產(chǎn)生的次級(jí)放射性會(huì)因材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密度、含水率、缺陷等不同而發(fā)生變化。通過探測(cè)這些變化，可以反演材料內(nèi)部的信息。類型/方法：①伽馬射線透照/射線照相：利用高能伽馬射線穿透結(jié)構(gòu)，根據(jù)透射強(qiáng)度差異檢測(cè)內(nèi)部裂紋、空洞等缺陷；②中子射線照相：利用中子穿透，根據(jù)中子與氫含量（含水量）相互作用差異顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)；③中子測(cè)厚/水分儀：利用中子與材料相互作用強(qiáng)度與材料厚度或含水量的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量；④放射性活化分析：將樣品irradiate后測(cè)量其產(chǎn)生的次級(jí)放射性，分析材料成分。四、計(jì)算題1.a.活度隨時(shí)間衰減遵循指數(shù)規(guī)律A(t)=A?*e^(-λt)，其中λ=ln(2)/T?/?。對(duì)于半衰期T?/?=5天，λ=ln(2)/5≈0.1386天?1。10天后，t=10天，A(10)=1.0×10?*e^(-0.1386*10)≈1.0×10?*e^(-1.386)≈1.0×10?*0.25≈2.5×10?Bq。b.活度減少到初始值的1/16，即A(t)/A?=1/16=1/2?。代入指數(shù)衰減公式，1/2?=e^(-λt)，ln(1/16)=-4*ln(2)=-4*0.693≈-2.772=-λt。t=-2.772/-0.1386≈20天。2.估算年有效劑量需要考慮多個(gè)環(huán)節(jié)，這里簡(jiǎn)化計(jì)算，主要關(guān)注空氣中氡及其子體的潛在貢獻(xiàn)。a.氡的年平均濃度：C_avg=100Bq/m3。b.氡的年攝入量（假設(shè)連續(xù)均勻呼吸）：吸入率V=1m3/h*24h/d*365d/y=8760m3/y。氡年攝入量Q_Rn=C_avg*V=100Bq/m3*8760m3/y=876000Bq/y=8.76×10?Bq/y。c.估算氡子體在肺部的平均濃度（簡(jiǎn)化模型）：假設(shè)氡在肺部沉積和衰變達(dá)到平衡，平衡濃度C_eq_sub≈Q_Rn*(1-e^(-λ_sub*t_res))/(λ_sub*V)，其中λ_sub是子體平均衰變常數(shù)，t_res是肺部停留時(shí)間（假設(shè)1天=86400秒）。近似為C_eq_sub≈Q_Rn/(λ_sub*V)。子體平均衰變常數(shù)λ_sub≈(ln(2)/T_half_sub)*(1-α)≈(ln(2)/3.8days)*(1-0.1)≈0.182day?1。C_eq_sub≈8.76×10?Bq/y/(0.182day?1*8760s/day)≈5.4×10?Bq/L≈54Bq/L(有效體積0.5L，則平均濃度約108Bq/L)。d.估算子體對(duì)肺部的劑量貢獻(xiàn)：肺部劑量率大致與子體濃度成正比。假設(shè)轉(zhuǎn)換因子為1.5×10?1?Sv/Bq·s（綜合吸入、沉積、內(nèi)照射等），則年劑量率約D_sub=C_eq_sub*V*1.5×10?1?Sv/Bq·s=108Bq/L*1m3/y*1.5×10?1?Sv/Bq·s≈1.62×10??Sv/y=1.62nSv/y。e.考慮到伽馬射線貢獻(xiàn)和轉(zhuǎn)換系數(shù)的簡(jiǎn)化，這是一個(gè)非常粗略的估算。實(shí)際貢獻(xiàn)可能因子體種類、沉積分布、衰變鏈不平衡等因素有顯著差異，且忽略了空氣中未沉積子體的外照射貢獻(xiàn)。更精確的計(jì)算需考慮復(fù)雜的內(nèi)照射模型和轉(zhuǎn)換系數(shù)。此處按簡(jiǎn)化模型估算結(jié)果為1.62nSv/y。五、論述題核技術(shù)在城市規(guī)劃與建設(shè)中扮演著不可或缺的角色。首先，在環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面，利用伽馬能譜儀等設(shè)備可快速準(zhǔn)確測(cè)定土壤、水體中的天然及人為放射性核素，為場(chǎng)地污染評(píng)估、修復(fù)效果監(jiān)測(cè)提供依據(jù)，保障人居環(huán)境安全。其次，在地質(zhì)勘探與工程勘察中，中子水分儀可探測(cè)地下水位、土壤含水量，輔助判斷地基穩(wěn)定性；伽馬射線透照和中子射線照相可用于檢測(cè)混凝土、隧道等大型工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷，提升工程質(zhì)量與耐久性。此外，核技術(shù)還可用于城市規(guī)劃中的資源勘探