2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核物理學(xué)在礦山安全中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題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.在礦山空氣中監(jiān)測(cè)氡（Rn-222）及其子體時(shí)，常用的核物理方法是？(A)中子活化分析(B)伽馬能譜測(cè)量(C)質(zhì)量譜法(D)放射性衰變系追蹤2.以下哪種輻射類型在穿透礦井粉塵和巖石時(shí)具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，常用于遠(yuǎn)程探測(cè)？(A)α粒子(B)β粒子(C)γ射線(D)中子3.礦山工作人員接受的輻射劑量通常用哪個(gè)物理量來(lái)衡量？(A)放射性活度(B)照射量(C)劑量當(dāng)量(D)半衰期4.為減少人員受到的礦體外部γ射線輻射，通常采用什么防護(hù)措施？(A)離開(kāi)輻射源(B)使用鉛屏蔽(C)戴上個(gè)人劑量計(jì)(D)加強(qiáng)通風(fēng)5.利用中子射線與礦巖相互作用產(chǎn)生的活化效應(yīng)進(jìn)行元素分析的方法稱為？(A)伽馬能譜法(B)中子活化分析(C)放射性示蹤法(D)輻射熱效應(yīng)法6.礦井火災(zāi)探測(cè)中，有時(shí)會(huì)利用特定氣體（如CO）的輻射特性，這屬于哪種核技術(shù)應(yīng)用？(A)放射性示蹤(B)輻射成像(C)輻射測(cè)溫(D)氣體輻射譜分析7.在核輻射防護(hù)中，ALARA原則指的是？(A)AsLowAsReasonablyAchievable(B)AlwaysLeaveAfterRadiation(C)AllLimitsAboveReasonable(D)AnyLimitAboveReasonable8.放射性同位素（如Cr-51）可用于標(biāo)記礦山中的地下水，以研究其流動(dòng)路徑，這體現(xiàn)了核物理的哪項(xiàng)應(yīng)用？(A)輻射治療(B)輻射防護(hù)(C)放射性示蹤(D)中子探測(cè)9.原子核由于放射性衰變而釋放出β粒子，其質(zhì)量數(shù)（A）和原子序數(shù)（Z）的變化情況是？(A)A不變，Z增加1(B)A不變，Z減少1(C)A增加1，Z不變(D)A減少1，Z不變10.礦山中天然放射性元素（如鈾、釷及其衰變產(chǎn)物）衰變產(chǎn)生的氡氣在通風(fēng)不良的區(qū)域積聚，構(gòu)成內(nèi)照射主要來(lái)源，其核衰變過(guò)程屬于？(A)α衰變(B)β衰變(C)γ衰變(D)電離輻射二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.核輻射對(duì)生物組織的損傷程度不僅與輻射強(qiáng)度有關(guān)，還與輻射的種類和照射條件有關(guān)，這通常通過(guò)__劑量當(dāng)量__來(lái)評(píng)價(jià)。2.利用放射性同位素作為示蹤劑，通過(guò)探測(cè)其__放射性衰變__來(lái)研究物質(zhì)遷移或過(guò)程，在礦山可用于追蹤氣體或水流。3.γ射線具有很強(qiáng)的穿透能力，可以用于礦井的__輻射透視__或地質(zhì)勘探中的伽馬能譜測(cè)井。4.在處理放射性廢料或進(jìn)行強(qiáng)輻射實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常采用__厚層屏蔽__（如鉛或混凝土）來(lái)減少外照射。5.礦山空氣中氡氣濃度的監(jiān)測(cè)對(duì)于預(yù)防__肺癌__（作為氡子體吸入危害的結(jié)果）至關(guān)重要。6.中子源可以與某些礦巖元素發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生具有特定能量的__伽馬射線譜__，通過(guò)分析譜圖可以識(shí)別巖石成分。7.根據(jù)放射性衰變定律，放射性物質(zhì)的活度隨時(shí)間呈指數(shù)衰減，其半衰期是描述這一過(guò)程的常數(shù)。8.為了防止外照射，進(jìn)入強(qiáng)輻射區(qū)域的工作人員必須穿著必要的__個(gè)人防護(hù)用品__，如鉛衣、鉛帽等。9.利用中子活化分析技術(shù)測(cè)定礦石品位時(shí)，樣品被中子照射后發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的放射性同位素會(huì)發(fā)射特征__伽馬射線__，通過(guò)譜儀探測(cè)和分析可確定元素含量。10.礦山通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于控制井下__氡及其子體__濃度，降低內(nèi)照射風(fēng)險(xiǎn)，具有關(guān)鍵作用。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分。）1.簡(jiǎn)述蓋革計(jì)數(shù)器的基本工作原理及其在礦山輻射監(jiān)測(cè)中可能存在的局限性。2.礦山地質(zhì)勘探中，伽馬能譜測(cè)井與中子活化分析這兩種基于核物理的技術(shù)，它們的主要區(qū)別是什么？3.礦山中主要的輻射防護(hù)有哪些種類？請(qǐng)分別簡(jiǎn)要說(shuō)明。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。）1.某礦山工作人員在一個(gè)工作日（8小時(shí)）內(nèi)受到的全身均勻照射劑量為0.5mSv。已知我國(guó)規(guī)定年有效劑量當(dāng)量限值為5mSv/a。請(qǐng)問(wèn)：（1）該工人當(dāng)日受照劑量是否超過(guò)當(dāng)次作業(yè)允許的劑量限值？（假設(shè)未考慮其他照射）（2）如果該工人在該礦井工作年限為10年，且每年工作250天，僅考慮此均勻照射，他還能承受多大劑量的日劑量率才剛好滿足年劑量限值要求？2.為探測(cè)某礦體，使用中子源照射質(zhì)量為200克的樣品。照射后，樣品中產(chǎn)生某種放射性同位素，該同位素的特征伽馬射線能量為1.0MeV，其半衰期為10分鐘。假設(shè)中子照射效率為10%，探測(cè)效率為90%，在照射結(jié)束時(shí)測(cè)得1.0MeV伽馬射線計(jì)數(shù)率為1000計(jì)數(shù)/分鐘。試估算樣品中待測(cè)元素的原始含量（設(shè)該元素相對(duì)原子質(zhì)量為50，阿伏伽德羅常數(shù)為6.022×1023mol?1，衰變綱圖簡(jiǎn)單，無(wú)自吸收）。五、綜合應(yīng)用題（15分。）某礦井存在瓦斯（主要成分為甲烷CH?）積聚風(fēng)險(xiǎn)。工程師考慮使用放射性示蹤技術(shù)進(jìn)行瓦斯遷移路徑研究。他們選擇了一小部分放射性同位素（如氚H?）標(biāo)記的甲烷，將其注入礦井的某個(gè)區(qū)域。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在礦井不同位置采集氣體樣本，并使用蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)量放射性活度。請(qǐng)簡(jiǎn)述該實(shí)驗(yàn)方案的主要步驟，并說(shuō)明如何通過(guò)分析不同位置的放射性活度分布來(lái)推斷瓦斯的可能流動(dòng)路徑。同時(shí)，簡(jiǎn)述進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意的主要安全事項(xiàng)。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.B6.D7.A8.C9.A10.A二、填空題1.劑量當(dāng)量2.放射性衰變3.輻射透視4.厚層屏蔽5.肺癌6.伽馬射線譜7.（是）(常數(shù))8.個(gè)人防護(hù)用品9.伽馬射線10.氡及其子體三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：蓋革計(jì)數(shù)器利用放射線粒子電離氣體產(chǎn)生電離電流進(jìn)行計(jì)數(shù)。其工作原理是：放射線粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)管，使管內(nèi)氣體電離；電離產(chǎn)生的離子在高壓電場(chǎng)作用下加速，進(jìn)一步碰撞氣體分子產(chǎn)生次級(jí)電離，形成雪崩放電，觸發(fā)計(jì)數(shù)電路發(fā)出脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。局限性：①對(duì)電離能力弱的射線（如γ射線）探測(cè)效率低；②對(duì)探測(cè)到的粒子無(wú)法區(qū)分其種類和能量；③存在“死時(shí)間”效應(yīng)，即在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)入射的粒子可能被漏計(jì)；④需要較高的工作電壓，存在一定安全隱患。2.解析思路：伽馬能譜測(cè)井主要探測(cè)地層中天然放射性元素（鈾系、釷系）及其衰變產(chǎn)物發(fā)出的特征伽馬射線，通過(guò)分析伽馬能譜中特征峰的能量和強(qiáng)度來(lái)推斷地層中放射性元素的含量、分布和巖石類型。中子活化分析則是利用中子與礦巖中的穩(wěn)定元素發(fā)生核反應(yīng)，生成放射性同位素，這些同位素發(fā)出特征伽馬射線，通過(guò)探測(cè)和分析這些特征伽馬射線來(lái)定量測(cè)定元素的含量。區(qū)別在于：①原理不同，前者是探測(cè)天然放射性衰變產(chǎn)物，后者是利用核反應(yīng)；②探測(cè)對(duì)象不同，前者側(cè)重于總放射性或特定長(zhǎng)壽命元素，后者可探測(cè)多種元素；③能量信息不同，前者提供特征能量指紋，后者提供反應(yīng)生成的特征能量；④對(duì)樣品影響不同，前者無(wú)引入，后者有臨時(shí)引入。3.解析思路：礦山輻射防護(hù)主要分為三類。①外照射防護(hù)：利用距離防護(hù)（人與源保持距離）、時(shí)間防護(hù)（縮短在輻射環(huán)境中的停留時(shí)間）、屏蔽防護(hù)（在人與源之間設(shè)置足夠厚的屏蔽材料，如鉛、混凝土等，吸收輻射）。②內(nèi)照射防護(hù)：主要是防止放射性物質(zhì)（如氡氣及其子體）通過(guò)呼吸、食入、皮膚傷口進(jìn)入人體內(nèi)部。措施包括：加強(qiáng)通風(fēng)排氡、監(jiān)測(cè)空氣中的氡濃度、個(gè)人佩戴呼吸防護(hù)裝置（如過(guò)濾式呼吸器）、禁止在污染區(qū)域飲食、保持良好個(gè)人衛(wèi)生、進(jìn)行職業(yè)健康檢查等。③污染控制：防止放射性物質(zhì)對(duì)工作場(chǎng)所、設(shè)備、工具和環(huán)境造成污染，措施包括：設(shè)置清潔區(qū)和污染區(qū)、使用專用工具、及時(shí)清理污染、對(duì)廢棄物進(jìn)行分類處理和固化等。四、計(jì)算題1.解析思路（1）：計(jì)算當(dāng)日劑量率。日劑量率=日劑量/工作小時(shí)數(shù)=0.5mSv/8h=0.0625mSv/h。計(jì)算允許的日劑量率。允許的年劑量限值為5mSv/a，假設(shè)無(wú)其他照射，則允許的日劑量率=5mSv/(365天/a*8小時(shí)/天)≈0.0171mSv/h。比較：當(dāng)日劑量率(0.0625mSv/h)>允許的日劑量率(0.0171mSv/h)，因此當(dāng)日受照劑量超過(guò)了當(dāng)次作業(yè)允許的劑量限值。解析思路（2）：設(shè)允許的最大日劑量率為xmSv/h。根據(jù)年劑量限值計(jì)算允許的總?cè)談┝浚嚎側(cè)談┝?允許的年劑量限值/(工作小時(shí)數(shù)/天*年工作天數(shù))=5mSv/(250天/年*8小時(shí)/天)=0.025mSv/天。剩余可承受的日劑量=允許的總?cè)談┝?已受日劑量=0.025mSv/天-0.5mSv=-0.475mSv/天。由于計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，說(shuō)明在僅考慮此均勻照射的情況下，該工人當(dāng)日已受照劑量已遠(yuǎn)超允許的年劑量限值，無(wú)論后續(xù)如何操作都無(wú)法滿足僅通過(guò)此照射途徑就達(dá)到年限值的要求?；蛘呖梢岳斫鉃椋瑸榱藵M足年限值，日劑量率必須為零。但題目問(wèn)“還能承受多大”，更合理的理解為，當(dāng)日劑量已超標(biāo)，后續(xù)工作日按零劑量計(jì)算也無(wú)法彌補(bǔ)，故無(wú)正值解。2.解析思路：①計(jì)算樣品中待測(cè)元素的活度。設(shè)樣品中待測(cè)元素原始含量為N?（原子）?；疃華=N?*λ=N?*ln(2)/T?，其中T?=10分鐘=600秒，λ=ln(2)/600s?1。伽馬射線計(jì)數(shù)率Rmeasured=A'*ηdetector/ηdecay/τ=(N?*λ/N_A*ηnuc)*ηdetector/ηdecay/τ。將已知數(shù)據(jù)代入：1000cpm=(N?*ln(2)/600)/(6.022*1023/mol*0.1)*0.9/0.9/600。解此方程得N?≈1.22*101?原子。②計(jì)算原始質(zhì)量。質(zhì)量m=N?*M/N_A=(1.22*101?原子)*(50g/mol)/(6.022*1023原子/mol)≈1.01g。五、綜合應(yīng)用題主要步驟：1.標(biāo)記與注入：選擇合適的放射性同位素（如氚H?）并標(biāo)記一定量的甲烷（CH?）。將標(biāo)記后的甲烷在礦井選定位置（如裂隙帶或通風(fēng)路徑起點(diǎn)）進(jìn)行注入。2.時(shí)間延遲：等待一段時(shí)間（允許放射性衰變和甲烷擴(kuò)散），確保標(biāo)記氣體有足夠時(shí)間沿潛在瓦斯流動(dòng)路徑遷移。3.采樣與測(cè)量：在礦井的不同預(yù)設(shè)位置（包括注入點(diǎn)下游的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)）采集空氣樣本。使用蓋革計(jì)數(shù)器或其他合適的放射性探測(cè)器測(cè)量樣本中氚的放射性活度。4.數(shù)據(jù)分析：分析比較不同位置測(cè)得的氚活度。高活度區(qū)域指示標(biāo)記甲烷（瓦斯）可能經(jīng)過(guò)的位置和濃度較高的區(qū)域。5.路徑推斷：基于活度分布的空間變化，推斷瓦斯的可能遷移路徑和擴(kuò)散特征。安全事項(xiàng)：1.輻射防護(hù)