2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核轟炸的物理過程及影響分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的代表字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在核裂變反應(yīng)中，鈾-235(23?U)吸收一個(gè)熱中子后，通常分裂成兩個(gè)較輕的原子核，同時(shí)釋放出的粒子是？A.α粒子B.β粒子C.γ射線光子D.中子2.核彈的“臨界質(zhì)量”是指什么？A.理論上能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小核材料質(zhì)量B.炸彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波的最大強(qiáng)度C.炸彈設(shè)計(jì)中確保鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可控的最小結(jié)構(gòu)尺寸D.核材料在高溫高壓狀態(tài)下的最小質(zhì)量3.與原子彈（核裂變武器）相比，氫彈（核聚變武器）的主要能量來源是？A.重原子核的裂變B.輕原子核的聚變C.核材料的化學(xué)能釋放D.中子的初始動(dòng)能4.核爆炸瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)烈閃光主要是由什么能量形式轉(zhuǎn)化而來的？A.裂變碎片動(dòng)能B.中子動(dòng)能C.裂變和聚變過程釋放的巨大熱能轉(zhuǎn)化為強(qiáng)輻射D.地面吸收爆炸能量的再輻射5.空氣沖擊波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其破壞力主要取決于？A.波的傳播速度B.波前的超壓（正壓）和負(fù)壓值C.波的頻率D.介質(zhì)的導(dǎo)電性6.放射性落下物（Fallout）是指核爆炸后，被放射性物質(zhì)污染的什么物質(zhì)隨大氣運(yùn)動(dòng)沉降到地面？A.空氣中的塵埃顆粒B.因核爆炸高溫汽化后的地表物質(zhì)重新凝結(jié)形成的放射性塵埃C.爆炸產(chǎn)生的瞬發(fā)中子與大氣相互作用形成的產(chǎn)物D.核材料本身未汽化的殘余部分7.在核物理中，描述一個(gè)原子核穩(wěn)定性的重要參數(shù)是？A.原子量B.原子序數(shù)C.結(jié)合能D.核半徑8.中子在穿過吸收體材料時(shí)，其數(shù)量會(huì)逐漸減少，這個(gè)過程主要涉及什么物理現(xiàn)象？A.輻射衰變B.散射和吸收C.質(zhì)量虧損D.量子隧穿9.國際單位制中，用于表示電離輻射劑量的標(biāo)準(zhǔn)單位是？A.拉德（rd）B.希沃特（Sv）C.居里（Ci）D.貝可勒爾（Bq）10.核爆炸產(chǎn)生的輻射對生物組織的損傷主要是通過什么機(jī)制實(shí)現(xiàn)的？A.熱效應(yīng)B.化學(xué)分解C.電離作用，破壞細(xì)胞DNAD.引起聲波共振二、填空題（請將答案填入橫線處）11.核裂變過程中釋放的巨大能量主要來源于_________的轉(zhuǎn)化，遵循愛因斯坦的_________方程。12.實(shí)現(xiàn)核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，必須滿足臨界條件，即反應(yīng)堆中的核材料必須達(dá)到_________質(zhì)量或具有足夠小的體積和足夠大的中子反射面。13.核爆炸產(chǎn)生的沖擊波到達(dá)爆心投影點(diǎn)時(shí)，其超壓值通常是最高的，這個(gè)點(diǎn)被稱為_________。14.除了瞬時(shí)伽馬射線和中子外，核裂變還會(huì)產(chǎn)生大量的_________中子，其釋放時(shí)間相對滯后。15.輻射劑量單位戈瑞（Gy）表示的是_________，而雷姆（rem）則考慮了不同類型輻射對生物組織的不同效應(yīng)，表示的是_________。16.在核物理中，描述原子核內(nèi)核子（質(zhì)子和中子）平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的曲線，通常被稱為_________。17.慣性約束聚變（ICF）核武器的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何利用強(qiáng)激光（或粒子束）在極短時(shí)間內(nèi)_________圍繞燃料靶丸，使其內(nèi)爆并達(dá)到點(diǎn)火條件。18.核爆炸后，空中形成的放射性物質(zhì)云（Plume）會(huì)隨著大氣環(huán)流擴(kuò)散，最終部分物質(zhì)會(huì)以_________形式降落地面，造成環(huán)境污染。19.核材料發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時(shí)，中子從產(chǎn)生到被吸收或逃逸所經(jīng)歷的平均時(shí)間被稱為_________。20.核輻射對生物體的隨機(jī)性效應(yīng)主要指_________的增加，如致癌風(fēng)險(xiǎn)，其發(fā)生概率與接受的輻射劑量有關(guān)。三、簡答題（請簡潔明了地回答下列問題）21.簡述核裂變與核聚變在反應(yīng)產(chǎn)物、能量釋放量及主要應(yīng)用前景方面的主要區(qū)別。22.空氣沖擊波是如何產(chǎn)生的？它在傳播過程中會(huì)表現(xiàn)出哪些主要特征？23.什么是臨界質(zhì)量？影響核材料臨界質(zhì)量的主要因素有哪些？24.核爆炸會(huì)產(chǎn)生哪幾種主要的初始輻射？（至少列舉三種）25.簡述核輻射對生物體可能造成的確定性效應(yīng)和隨機(jī)性效應(yīng)，并說明二者的區(qū)別。四、計(jì)算題（請列出必要的公式、方程和計(jì)算步驟）26.已知鈾-235的半衰期約為7.04×10?年，其質(zhì)量數(shù)為235。若某塊鈾-235材料含有5.0×102?個(gè)原子核，求該樣品的放射性活度（單位：貝可勒爾Bq）。（提示：使用放射性活度公式A=λN，其中λ為衰變常數(shù)，λ=ln(2)/T?）27.假設(shè)一個(gè)核裂變事件釋放了200MeV的能量。如果這些能量中有80MeV轉(zhuǎn)化為中子的動(dòng)能，而剩余的能量以伽馬射線、裂變碎片動(dòng)能等形式釋放。求平均每個(gè)裂變事件釋放的中子的動(dòng)能是多少電子伏特（eV）？（提示：1MeV=10?eV）28.一個(gè)點(diǎn)源在距離其1米處產(chǎn)生的中子注量率為1.0×10?n/cm2·s。假設(shè)中子在空氣中以平均速度v=2.0×10?cm/s運(yùn)動(dòng)，且只經(jīng)過一次散射就失去能量被吸收。估算該點(diǎn)源的中子發(fā)射強(qiáng)度（單位：n/s）。（提示：注量率=發(fā)射強(qiáng)度/(4πr2)，需考慮中子運(yùn)動(dòng)距離與平均速度的關(guān)系）五、論述題（請結(jié)合所學(xué)知識(shí)，全面、深入地回答下列問題）29.分析核內(nèi)爆式引爆設(shè)計(jì)的物理原理及其相對于槍式設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。在實(shí)現(xiàn)核內(nèi)爆過程中，主要面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？30.論述核爆炸產(chǎn)生的熱輻射對地表目標(biāo)物（如人員、建筑物）造成的破壞機(jī)制。影響熱輻射強(qiáng)度的因素有哪些？如何在工程設(shè)計(jì)中考慮熱輻射的影響？31.闡述核爆炸產(chǎn)生的放射性落下物形成、擴(kuò)散和沉降的基本過程。分析放射性落下物對環(huán)境（特別是人類生態(tài)系統(tǒng)）可能造成的長期影響，并說明進(jìn)行核事故應(yīng)急響應(yīng)和輻射防護(hù)的重要性。試卷答案一、選擇題1.D2.A3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.B10.C二、填空題11.質(zhì)量虧損；質(zhì)能12.臨界13.零點(diǎn)14.遲發(fā)15.每單位質(zhì)量吸收的能量；當(dāng)量劑量（或有效劑量）16.結(jié)合能17.壓縮18.雨雪19.中子壽命（或平均自由時(shí)間）20.隨機(jī)性健康效應(yīng)三、簡答題21.答：核裂變是重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的核，釋放能量；核聚變是輕核結(jié)合成較重的核，釋放能量。裂變產(chǎn)物多為不穩(wěn)定核素，易產(chǎn)生放射性；聚變產(chǎn)物多為穩(wěn)定核素。裂變能量釋放量通常大于聚變。裂變是當(dāng)前核電站和原子彈的主要原理；聚變是未來能源和氫彈的主要原理。22.答：空氣沖擊波是核爆炸瞬時(shí)高壓作用在周圍介質(zhì)（主要是空氣）上，產(chǎn)生壓縮波，以超音速向外傳播形成的。其主要特征包括：具有陡峭的波前，波前到達(dá)時(shí)產(chǎn)生巨大的超壓（正壓），波尾產(chǎn)生負(fù)壓（真空吸力）。其強(qiáng)度與爆炸威力成正比，傳播速度隨距離衰減。23.答：臨界質(zhì)量是指能夠維持自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小核材料質(zhì)量。影響臨界質(zhì)量的主要因素包括：核材料的種類（不同核素臨界質(zhì)量不同）、形狀（球形最緊湊）、密度（密度越大，臨界質(zhì)量越?。?、中子反射條件（良好的中子反射面可減小臨界質(zhì)量）以及是否存在雜質(zhì)（雜質(zhì)吸收中子，會(huì)增加臨界質(zhì)量）。24.答：核爆炸產(chǎn)生的初始輻射主要包括：①瞬發(fā)伽馬射線：核反應(yīng)過程中的激發(fā)態(tài)核素退激時(shí)發(fā)射的；②瞬發(fā)中子：核裂變或某些核反應(yīng)直接釋放的中子；③裂變碎片：裂變產(chǎn)生的中等質(zhì)量原子核，本身具有放射性，會(huì)衰變發(fā)射伽馬射線和中子（遲發(fā)）。25.答：確定性效應(yīng)是指在受到一定劑量的電離輻射后，所有受照生物體都會(huì)發(fā)生的、劑量相關(guān)的不良生物學(xué)效應(yīng)，如輻射病。隨機(jī)性效應(yīng)是指受照劑量增加時(shí)，發(fā)生概率增加，但并非所有受照個(gè)體都會(huì)發(fā)生的生物學(xué)效應(yīng)，如癌癥。確定性效應(yīng)有明確的劑量閾值，隨機(jī)性效應(yīng)沒有閾值，概率隨劑量增加而增加。四、計(jì)算題26.解：衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?=ln(2)/(7.04×10?×365×24×3600s)≈1.24×10?1?s?1活度A=λN=(1.24×10?1?s?1)×(5.0×102?)≈6.2×101?Bq27.解：總能量E=200MeV=200×10?eV中子動(dòng)能份額=80MeV/200MeV=0.4平均每個(gè)裂變事件釋放的中子動(dòng)能=0.4×200MeV=80MeV28.解：中子運(yùn)動(dòng)距離s=v×t=v/f=2.0×10?cm/s/(2.0×10?cm/s)=1cm注量率Φ=I/(4πr2)I=Φ×4πr2=(1.0×10?n/cm2·s)×4π×(100cm)2≈1.26×1011n/s五、論述題29.答：核內(nèi)爆式引爆設(shè)計(jì)利用強(qiáng)效高能炸藥（炸藥）沿球殼內(nèi)表面布置，引爆后產(chǎn)生對稱的徑向向心高壓，壓縮中心的核裝料（通常是鈾-235或钚-239），使其密度迅速增加，達(dá)到超臨界狀態(tài)并引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。其優(yōu)勢在于：①可使用較“貧”的核材料（如鈾-235），因高密度可補(bǔ)償材料純度不足；②可實(shí)現(xiàn)更高的爆炸效率（能量利用率更高）；③爆炸形狀更規(guī)整，威力更大。主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：①炸藥與核材料之間的良好絕緣，防止炸藥能量過多損失或提前引爆核材料；②實(shí)現(xiàn)高度對稱的爆轟波，確保精確的內(nèi)爆；③精確控制引爆timing和加載波形。30.答：核爆炸熱輻射是指爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫蒸氣團(tuán)（火球）向四周輻射的強(qiáng)烈光和熱。其破壞機(jī)制包括：①強(qiáng)光輻射導(dǎo)致人員眼睛燒傷、暫時(shí)或永久失明；②高溫直接燒毀暴露在外的物體；③熱傳導(dǎo)和熱輻射導(dǎo)致人員皮膚燒傷。影響熱輻射強(qiáng)度的因素主要有：爆炸威力、爆炸高度（高空爆炸熱輻射范圍大，強(qiáng)度相對較低，但持續(xù)時(shí)間長）、爆炸方式（空氣爆炸熱輻射最強(qiáng)）。工程設(shè)計(jì)中需考慮熱輻射效應(yīng)，采取遮蔽、防護(hù)（如防輻射服、防熱材料）、設(shè)置冷卻系統(tǒng)等措施。31.答：核爆炸放射性落下物形成、擴(kuò)散和沉降過程如下：①爆炸產(chǎn)生高溫火球，將周圍土壤、空氣、水汽等物質(zhì)汽化、卷入并加熱至極高溫度；②火球膨脹冷卻過程中，這些物質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)和活化，形成具有放射性的氣體和塵埃，一部分隨火球上升，一部分形成等離子體；③爆炸停止后，