2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核聚變在太陽內(nèi)部的過程考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.太陽內(nèi)部核聚變主要發(fā)生在溫度和密度條件下的區(qū)域是：A.光球?qū)覤.色球?qū)覥.日冕D.核心區(qū)域2.下列哪個核反應(yīng)過程是太陽能量最主要的來源？A.CNO循環(huán)B.質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)C.3He-?Li反應(yīng)D.氘-氚聚變3.質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)中，第一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)殡耍?H）的過程中，釋放出的粒子是：A.中子B.電子C.正電子D.α粒子4.在質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)中，將四個質(zhì)子最終聚變成一個氦-4核（?He）的過程中，總共釋放出的正電子數(shù)量是：A.0B.1C.2D.45.CNO循環(huán)相比于質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)，主要在哪種條件下更為重要？A.較低的溫度和密度B.相同的溫度和密度C.較高的溫度和密度D.太陽大氣層6.核反應(yīng)截面描述的是：A.核反應(yīng)發(fā)生的概率B.核反應(yīng)釋放的能量C.參與核反應(yīng)的粒子類型D.核反應(yīng)發(fā)生的速率7.某核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm，根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，該反應(yīng)釋放的能量Q值計算公式為：A.Q=Δmc2B.Q=Δm/c2C.Q=1/Δmc2D.Q=c2/Δm8.太陽內(nèi)部產(chǎn)生的能量主要通過哪種方式首先輸運到光球?qū)?？A.對流B.輻射C.擴散D.熱傳導(dǎo)9.下列哪個粒子是質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)的最終產(chǎn)物之一，并且在太陽能量輸出中占有重要比例？A.中子B.氘核(2H)C.氦-3核(3He)D.氦-4核(?He)10.決定太陽核心核反應(yīng)速率快慢的最主要因素是：A.核反應(yīng)截面B.核反應(yīng)產(chǎn)物豐度C.核心溫度和密度D.太陽的旋轉(zhuǎn)速度二、填空題1.太陽核心主要發(fā)生的兩種氫核聚變反應(yīng)鏈?zhǔn)莀_______鏈反應(yīng)和________循環(huán)。2.核反應(yīng)方程1H+1H→2H+e?+ν??中，e?代表________，ν??代表________。3.在質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)中，一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)楹?4核的過程中，總共經(jīng)歷了________次β?衰變。4.核反應(yīng)截面通常用符號________表示，其國際單位制單位是________。5.太陽核心的高溫高壓環(huán)境是為了克服核反應(yīng)所需的________能壘。三、簡答題1.簡述質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)的主要步驟。2.與質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)相比，CNO循環(huán)有何主要優(yōu)勢？3.解釋什么是核反應(yīng)的Q值，并說明其物理意義。四、計算題1.（10分）在質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)的一個完整循環(huán)中，四個質(zhì)子（1H）聚變成一個氦-4核（?He），同時釋放出兩個正電子（e?）、兩個電子中微子（ν??）和兩個γ射線光子（γ）。已知質(zhì)子質(zhì)量m_p=1.6726219×10?2?kg，氦-4核質(zhì)量m_He=6.644657×10?2?kg，電子質(zhì)量m_e=9.10938356×10?31kg，正電子質(zhì)量與電子質(zhì)量相等。計算該反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm和釋放的能量Q值。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）2.（15分）太陽核心的溫度約為T=1.5×10?K，密度約為ρ=1.5×1022kg/m3。設(shè)質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)中質(zhì)子與質(zhì)子碰撞發(fā)生反應(yīng)的平均截面σ≈10?3?m2。質(zhì)子的數(shù)密度n_p≈1.0×102?m?3。請估算質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)的反應(yīng)速率R（即單位時間內(nèi)單位體積內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)次數(shù)），并簡要說明你所用公式的物理依據(jù)。（僅要求列出主要公式和計算過程，無需得出具體數(shù)值結(jié)果）五、論述題結(jié)合核物理的基本原理，論述影響太陽核心核聚變反應(yīng)速率的主要因素及其相互關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.C6.A7.A8.B9.D10.C二、填空題1.質(zhì)子-質(zhì)子；CNO2.正電子；反電子中微子3.24.σ；平方米(m2)5.庫侖三、簡答題1.解析思路：描述質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)的步驟，從兩個質(zhì)子融合形成氘核開始，接著氘核與質(zhì)子融合形成氦-3，兩個氦-3融合形成氦-4并釋放α粒子，最后釋放正電子、電子中微子和γ射線。需包含主要產(chǎn)物和釋放的粒子。2.解析思路：說明CNO循環(huán)在高溫（>1.5×10?K）條件下比質(zhì)子-質(zhì)子鏈更有效。解釋其利用碳、氮、氧原子核作為催化劑，將氫聚變成氦。強調(diào)其最終產(chǎn)物與質(zhì)子-質(zhì)子鏈相同，但效率在高溫下更高。3.解析思路：定義Q值為核反應(yīng)釋放或吸收的能量。解釋其計算源于愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，即Q=Δmc2，其中Δm為反應(yīng)前后質(zhì)量差（質(zhì)量虧損）。說明Q>0表示釋放能量，Q<0表示吸收能量，是判斷反應(yīng)是否能夠發(fā)生的依據(jù)。四、計算題1.解析思路：*計算質(zhì)量虧損Δm：Δm=(4m_p-m_He-2m_e-2m_e)=4m_p-m_He-4m_e*代入已知數(shù)值：Δm=4(1.6726219×10?2?)-6.644657×10?2?-4(9.10938356×10?31)*進行計算得到Δm的值。*計算能量Q值：Q=Δmc2*代入Δm和光速c≈3.00×10?m/s的平方，進行計算得到Q值。注意單位換算和有效數(shù)字保留。2.解析思路：*列出反應(yīng)速率表達式：R∝n_p2σv*解釋v是平均相對速率，對于高溫稀薄氣體，可用麥克斯韋分布估算平均速率，但題目未要求復(fù)雜計算，可用v≈√(kT/m_p)估算。*將v代入，得到R∝n_p2σ√(kT/m_p)。*寫出主要公式：R≈C*n_p2σ√(kT/m_p)，其中C為無量綱比例常數(shù)（包含π等）。*說明公式中：n_p為質(zhì)子數(shù)密度，σ為反應(yīng)截面，T為絕對溫度，k為玻爾茲曼常量，m_p為質(zhì)子質(zhì)量。五、論述題解析思路：*溫度：論述溫度越高，質(zhì)子和原子核的平均動能越大，克服庫侖勢壘的能力越強，反應(yīng)截面（特別是低能區(qū)）也通常越大，從而顯著提高反應(yīng)速率。強調(diào)太陽核心的高溫是聚變發(fā)生的必要條件。*密度：論述反應(yīng)物（質(zhì)子）的數(shù)密度越大，單位體積內(nèi)發(fā)生碰撞的次數(shù)越多，反應(yīng)速率也越快。解釋密度與反應(yīng)速率的正比關(guān)系。*反應(yīng)截面：說明反應(yīng)截面決定了在給定能量下，入射粒子與靶核發(fā)生反應(yīng)的概率。截面越大，反應(yīng)越容易發(fā)生，速率越快。*反應(yīng)物豐度：提及太陽主要由氫組成，反應(yīng)物的初始豐度影響反應(yīng)的最終產(chǎn)率和總能量輸出，但也直接影響反應(yīng)發(fā)生的原材料數(shù)量。*相互關(guān)系：