2025年大學《核物理》專業(yè)題庫——核物理學在地球物理學中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在地球物理測井中，利用伽馬射線與地層相互作用產(chǎn)生的二次伽馬射線進行孔隙度測量的儀器是？(A)自然伽馬測井儀(B)中子測井儀(C)密度測井儀(D)聲波測井儀2.下列哪種放射性衰變方式通常伴隨著電子俘獲（EC）過程？(A)α衰變(B)β?衰變(C)β?衰變(D)γ衰變3.在利用中子活化分析（NAA）測定地質(zhì)樣品中某種元素含量時，主要利用的是？(A)元素的自然放射性(B)樣品自身發(fā)出的輻射(C)樣品受中子轟擊后產(chǎn)生的特征輻射(D)外加中子源的光譜特性4.地球物理伽馬能譜測井中，探測到的高能伽馬射線主要來自于什么核素？(A)鉀（K）(B)鈾（U）(C)釷（Th）(D)鐳（Ra）5.放射性同位素測年方法主要基于以下哪個物理原理？(A)核裂變(B)核聚變(C)放射性衰變常數(shù)的不變性(D)核輻射的穿透性6.下列哪種核技術(shù)在地球物理中常用于探測地下水？(A)伽馬能譜測井(B)氡氣（Rn）測氡(C)中子測井(D)核磁共振測井7.核輻射劑量學中，通常用哪個物理量來衡量單位質(zhì)量受照物質(zhì)吸收的電離能量？(A)照射量(B)吸收劑量(C)劑量當量(D)比釋動能8.在進行放射性測井時，使用鐳-鋇（Ra-Be）放射源主要是利用了哪種核素的衰變特性？(A)鐳（Ra）的強衰變和產(chǎn)生的鈹（Be）的易俘獲特性(B)鐳（Ra）的天然存在和貝塔衰變(C)鋇（Be）的天然放射性和伽馬射線的穿透力(D)鐳（Ra）和鋇（Be）的聯(lián)合裂變效應9.利用伽馬能譜測井區(qū)分石灰?guī)r和白云巖主要依據(jù)的是它們對伽馬射線的哪種響應不同？(A)對自然放射性元素的富集程度不同(B)密度不同(C)孔隙度不同(D)聲波傳播速度不同10.地質(zhì)年代測定中，鈾-鉛（U-Pb）定年法通常適用于哪種類型的樣品？(A)新生代火山巖(B)古生代沉積巖(C)變質(zhì)巖(D)任何含鈾礦物二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.核物理在地球物理測井中主要通過______、______和______等探測技術(shù)得到應用。2.放射性同位素示蹤技術(shù)在地球物理學中可用于研究______、______等地質(zhì)過程。3.伽馬能譜測井中，通過分析______能譜，可以識別地層中的主要放射性元素，如______、______和______。4.中子測井利用中子與地層中______發(fā)生核反應產(chǎn)生的______來探測地層的______和______。5.核磁共振（NMR）測井的原理與核磁共振波譜學相似，主要利用地層孔隙中流體的______在地球磁場作用下產(chǎn)生的______來探測孔隙信息。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述伽馬能譜測井的基本原理及其在地球物理勘探中的主要作用。2.與傳統(tǒng)的放射性測年方法（如鉀氬法）相比，中子活化分析（NAA）在測定地質(zhì)樣品成分方面有哪些優(yōu)勢？3.解釋什么是放射性衰變定律，并說明其在地質(zhì)年代測定中的應用意義。四、計算題（每題10分，共20分）1.某放射性核素的半衰期為10天。假設(shè)初始時刻該核素的活度為1Ci，計算經(jīng)過30天后，該核素的活度剩余多少？（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）2.在一項利用伽馬能譜測井研究地層中鉀含量的工作中，探測到來自鉀（K-40）的特征伽馬射線能量為1.46MeV，其強度占總探測到的1.46MeV以上能量的60%。已知該能量段的探測效率為50%，試估算地層中鉀的質(zhì)量百分比。（假設(shè)地層體積和密度已知，且結(jié)果僅由伽馬能譜數(shù)據(jù)估算，不必考慮探測效率對總強度的修正，結(jié)果保留一位有效數(shù)字）五、論述題（15分）論述核磁共振（NMR）技術(shù)在地球物理學中（特別是測井領(lǐng)域）的應用潛力和面臨的挑戰(zhàn)。請分別說明其在探測孔隙流體、評價巖石物性等方面的基本原理，并分析其相比傳統(tǒng)測井方法（如聲波、電阻率）的優(yōu)勢與不足之處。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.C6.B7.B8.A9.A10.D二、填空題1.伽馬能譜測井，中子測井，放射性測井2.地下水運移，巖漿活動3.伽馬射線，鈾（U），釷（Th），鉀（K）4.氫（或質(zhì)子），反散射中子，孔隙度，含氫量（或流體飽和度）5.自旋核，共振信號（或弛豫信號）三、簡答題1.伽馬能譜測井原理：利用伽馬射線探測器測量地層中自然放射性核素（U,Th,K）發(fā)出的特征伽馬射線能量和強度，通過分析能譜來識別放射性元素種類和含量，進而推斷地層巖性、礦物成分、流體性質(zhì)等信息。主要作用：識別巖性（如區(qū)分石灰?guī)r、白云巖），評價地層孔隙度（輔助），尋找油氣層（指示礦物組合），測井解釋輔助等。2.NAA優(yōu)勢：樣品制備簡單，無需復雜化學分離，可測定元素種類多，靈敏度高，可進行無損或微損分析，不受常見矩陣效應干擾（相對）。相比傳統(tǒng)放射性測年法，NAA是成分分析手段，測年功能相對間接或需結(jié)合其他參數(shù)，但信息豐富度更高。3.放射性衰變定律：描述放射性核素數(shù)量隨時間衰減的規(guī)律，通常表示為N(t)=N?e^(-λt)，其中N?為初始數(shù)量，N(t)為時間t后的數(shù)量，λ為衰變常數(shù)。該定律的意義在于：衰變常數(shù)λ與半衰期T?是核素的固有屬性，穩(wěn)定性極高，因此可以通過測量當前放射性核素的數(shù)量或其子體核素的數(shù)量，結(jié)合已知的衰變常數(shù)或半衰期，來推算地質(zhì)樣品的形成年齡或形成時間，是放射性測年方法的基礎(chǔ)。四、計算題1.解：根據(jù)半衰期公式T?=ln(2)/λ，先求衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?=ln(2)/10天≈0.0693天?1?；疃華(t)=A?e^(-λt)，代入數(shù)據(jù)A(30)=1Ci*e^(-0.0693*30)=1*e^(-2.079)≈1*0.125=0.125Ci。結(jié)果為0.13Ci。2.解：設(shè)地層中鉀的質(zhì)量百分比為w_K。伽馬能譜測井中，特定能量段的計數(shù)率C=w_K*ρ*V*Σσ*A_source*ε_detector，其中ρ為地層密度，V為探測體積，Σσ為總截面，A_source為源活度，ε_detector為探測效率。在本題估算中，假設(shè)Σσ*A_source*ε_detector已體現(xiàn)在探測到的1.46MeV以上能量占總強度的比例中。則w_K≈(探測到的1.46MeV以上能量比例)/(ρ*V*探測效率)。w_K≈60%/(ρ*V*50%)=1.2/(ρ*V)。若假設(shè)單位體積地層，則w_K≈1.2/ρ。結(jié)果約為1%(假設(shè)典型地層密度ρ≈2.65g/cm3，則1.2/2.65≈0.45%，若密度更高或估算簡化，可能接近1%)。取一位有效數(shù)字，結(jié)果為1%。五、論述題核磁共振（NMR）技術(shù)在地球物理學中的應用潛力主要在于其獨特的探測原理，能夠直接測量孔隙中流體的物理化學性質(zhì)。其基本原理是利用強磁場使含氫核（如水分子中的氫核）發(fā)生進動，施加特定頻率的射頻脈沖使其發(fā)生共振吸收，當射頻脈沖停止后，核自旋系統(tǒng)回到平衡態(tài)的過程（弛豫過程）會釋放能量，通過探測這些弛豫信號（自旋回波等）的幅度、衰減速率（T1,T2）和自旋擴散等信息，可以反演出孔隙流體的含量、類型（如水、油、氣）、流動狀態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)特征等。在測井領(lǐng)域，NMR具有以下優(yōu)勢：可直接測