考研核科學(xué)與技術(shù)2025年核物理原理試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題目要求，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪個(gè)物理量不是原子核的固有屬性？(A)核半徑(B)核自旋(C)核內(nèi)中子數(shù)(D)核宇稱2.根據(jù)核液滴模型，原子核的形狀主要取決于哪個(gè)因素？(A)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的相對(duì)大小(B)原子序數(shù)(C)核子平均結(jié)合能(D)原子質(zhì)量數(shù)3.一個(gè)原子核經(jīng)歷α衰變后，其質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別減少了多少？(A)質(zhì)子數(shù)減2，中子數(shù)減2(B)質(zhì)子數(shù)減2，中子數(shù)減4(C)質(zhì)子數(shù)減4，中子數(shù)減2(D)質(zhì)子數(shù)減4，中子數(shù)減44.β衰變過程中，原子核的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)如何變化？(A)原子序數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變(B)原子序數(shù)減少1，質(zhì)量數(shù)不變(C)原子序數(shù)不變，質(zhì)量數(shù)增加1(D)原子序數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)增加15.放射性衰變遵守的統(tǒng)計(jì)規(guī)律是？(A)牛頓運(yùn)動(dòng)定律(B)麥克斯韋方程組(C)指數(shù)衰變定律(D)愛因斯坦光電效應(yīng)方程6.放射性核素的半衰期T?/?與平均壽命τ的關(guān)系是？(A)T?/?=τ(B)T?/?=2τ(C)T?/?=τ/2(D)T?/?=τ27.在核反應(yīng)方程?2H+?2?U→????Xe+n+Q中，Xe代表什么？(A)中子(B)質(zhì)子(C)一個(gè)具體的氙同位素，其質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)需通過守恒定律確定(D)α粒子8.核反應(yīng)發(fā)生的條件通常是？(A)入射粒子具有足夠的動(dòng)能克服庫侖勢(shì)壘(B)入射粒子速度非常慢(C)原子核必須處于激發(fā)態(tài)(D)核反應(yīng)截面必須很小9.裂變反應(yīng)與一般核反應(yīng)相比，其主要特點(diǎn)是？(A)釋放的能量較小(B)只能由中子引發(fā)(C)產(chǎn)物是穩(wěn)定的原子核(D)反應(yīng)截面很大10.α粒子、β粒子、γ射線在質(zhì)量、電荷、穿透能力方面有何區(qū)別？（至少描述一個(gè)區(qū)別）(A)α粒子質(zhì)量最大，電荷量最大，穿透能力最差(B)β粒子質(zhì)量最小，電荷量最小，穿透能力最強(qiáng)(C)γ射線無靜止質(zhì)量，無電荷，穿透能力最強(qiáng)(D)以上說法都正確二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上。）1.原子核的放射性是指原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核并放射出______、______或______等粒子的過程。2.核反應(yīng)過程中，電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒是兩條基本守恒定律。對(duì)于核反應(yīng)Q=(m?+m?-m?-m?)c2，其中Q代表______，m代表______，c代表______。3.液滴模型認(rèn)為原子核像一滴______，其結(jié)合能主要由______、______和______貢獻(xiàn)。4.當(dāng)一個(gè)放射性樣品中母體核的數(shù)目足夠多，子體核的衰變率等于母體核的衰變率時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到______。此時(shí)，樣品的總活度等于初始母體核的活度。5.1克鐳-226（半衰期約為1600年）完全衰變需要經(jīng)過______個(gè)半衰期，理論上所需時(shí)間約為______年。三、計(jì)算題（每題10分，共30分。請(qǐng)寫出必要的公式、代入數(shù)據(jù)、計(jì)算過程和結(jié)果。）1.某原子核的質(zhì)量為M=238.050788u，其中包含92個(gè)質(zhì)子和146個(gè)中子。計(jì)算該原子核的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、質(zhì)量數(shù)，并求其結(jié)合能。（提示：1u=931.5MeV/c2）2.一個(gè)放射性同位素的半衰期為3天。如果初始時(shí)該同位素的活度為10?Bq，求：(1)6天后該同位素的活度是多少？(2)6天后該同位素還有多少比例沒有衰變？3.在一個(gè)核反應(yīng)堆中，中子與鈾-235發(fā)生裂變，假設(shè)每次裂變釋放的能量為200MeV。若反應(yīng)堆每秒有1021次核裂變發(fā)生，求該反應(yīng)堆的功率輸出。（注意：1MeV=1.602×10?13J）四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述α衰變和β衰變過程中的質(zhì)量數(shù)、原子序數(shù)變化規(guī)律，并說明衰變過程中能量是如何釋放的。2.解釋什么是核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需要滿足什么條件？核反應(yīng)堆中通常采用什么方法來控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率？五、論述題（10分。請(qǐng)就以下內(nèi)容展開論述。）結(jié)合核殼層模型理論，解釋為什么存在“幻數(shù)”原子核，并說明這些原子核在穩(wěn)定性方面有何特點(diǎn)。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.A4.A5.C6.C7.C8.A9.B10.D二、填空題1.α粒子；β粒子；γ射線2.核反應(yīng)能（或Q值）；原子核質(zhì)量（或靜止質(zhì)量）；光速3.液滴；體積能；表面能；庫侖能4.放射平衡（或secularequilibrium）5.16；25600三、計(jì)算題1.解：質(zhì)子數(shù)Z=92，中子數(shù)N=146，質(zhì)量數(shù)A=Z+N=238。原子核質(zhì)量M=238.050788u。質(zhì)子質(zhì)量m_p≈1.007276u，中子質(zhì)量m_n≈1.008665u。質(zhì)量虧損Δm=Zm_p+Nm_n-M=92×1.007276u+146×1.008665u-238.050788u=92.666112u+147.27569u-238.050788u=239.941802u-238.050788u=1.890014u結(jié)合能E=Δmc2=1.890014u×931.5MeV/u≈1763.6MeV答：質(zhì)子數(shù)92，中子數(shù)146，質(zhì)量數(shù)238，結(jié)合能約為1763.6MeV。2.解：半衰期T?/?=3天，初始活度A?=10?Bq。(1)6天后經(jīng)過n=6/3=2個(gè)半衰期。活度A=A?(1/2)?=10?Bq×(1/2)2=10?Bq×1/4=2.5×10?Bq(2)沒有衰變的原子核比例f=(N/N?)=(A/A?)=(1/2)?=(1/2)2=1/4=0.25答：6天后活度為2.5×10?Bq，沒有衰變的比例為0.25（或25%）。3.解：每次裂變能量E=200MeV=200×1.602×10?13J=3.204×10?11J每秒裂變次數(shù)n=1021/s功率P=n×E=(1021/s)×(3.204×10?11J)=3.204×101?W答：反應(yīng)堆功率輸出約為3.204×101?W。四、簡(jiǎn)答題1.解：α衰變：原子核放出一個(gè)α粒子（即氦-4核，??He）。衰變后新原子核的質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2。β衰變：原子核內(nèi)部一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子（β?粒子）和一個(gè)反電子中微子。衰變后新原子核的質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)增加1（β?衰變）。（β?衰變情況類似，一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?，放出一個(gè)正電子和一個(gè)中微子，質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)減少1）。衰變過程中，原子核從較高能量狀態(tài)躍遷到較低能量狀態(tài)，多余的能量以α粒子或β粒子的動(dòng)能以及γ射線的形式釋放出來。2.解：核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是指一個(gè)重核（如鈾-235）裂變后產(chǎn)生的中子，能夠引發(fā)另一個(gè)鈾-235原子核裂變，釋放出更多的中子，這些中子又去引發(fā)更多的鈾-235裂變，如此持續(xù)進(jìn)行下去的反應(yīng)過程。維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需要滿足的條件是：每個(gè)裂變平均產(chǎn)生的中子數(shù)（即中子增殖因子k）大于或等于1(k≥1)。這要求裂變中產(chǎn)生的中子，必須能夠有效地找到并引發(fā)其他鈾-235原子核裂變，同時(shí)要克服各種能量損失和泄漏損失。核反應(yīng)堆中通常采用控制棒（如鎘棒或硼棒）來控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率?？刂瓢粑罩凶拥哪芰軓?qiáng)，通過插入或拔出控制棒來調(diào)節(jié)吸收中子的數(shù)量，從而控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的快慢，使反應(yīng)堆保持穩(wěn)定運(yùn)行。五、論述題解：核殼層模型認(rèn)為原子核中的質(zhì)子和中子像原子中的電子一樣，各自獨(dú)立地填充在一系列能量不同的殼層中。當(dāng)核子的數(shù)目達(dá)到某些特定的“幻數(shù)”（如2,8,20,28,50,82,126）時(shí)，相應(yīng)的殼層將填滿，核子間表現(xiàn)出強(qiáng)烈的相互作用和“穩(wěn)定效應(yīng)”。填滿的殼層就像一個(gè)堅(jiān)固的“容器”，使得原子核具有特別高的結(jié)合能和極大的穩(wěn)定性，抵抗衰變的趨勢(shì)就非常強(qiáng)。因此，