2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核裂變與核聚變的區(qū)別與應(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)前的字母填在答題卡相應(yīng)位置。）1.下列哪種核過程是指重核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的核，并釋放能量？A.核聚變B.核衰變C.核裂變D.核嬗變2.在核裂變過程中，通常伴隨釋放的粒子是？A.質(zhì)子B.電子C.中子D.正電子3.核聚變主要發(fā)生在？A.地球上的核電站B.太陽等恒星內(nèi)部C.核武器爆炸初期D.天然放射性礦脈4.以下哪種核反應(yīng)原料是實(shí)現(xiàn)核聚變的主要選擇？A.鈾-235B.钚-239C.氘和氚D.鋰-65.核裂變和核聚變都能釋放能量的根本原因是？A.核子數(shù)的變化B.核外電子的躍遷C.反應(yīng)產(chǎn)物的總結(jié)合能大于反應(yīng)物的總結(jié)合能D.中子的激發(fā)能6.與核聚變相比，核裂變的主要缺點(diǎn)之一是？A.反應(yīng)條件更容易實(shí)現(xiàn)B.產(chǎn)生的能量密度較低C.放射性廢料半衰期較短D.安全性更高7.能夠直觀反映原子核穩(wěn)定性的曲線是？A.放射性衰變曲線B.核子平均結(jié)合能曲線C.核反應(yīng)Q值曲線D.中子俘獲截面曲線8.下列哪個(gè)過程是太陽能產(chǎn)生能量的主要方式？A.核子結(jié)合B.核裂變C.核聚變D.放射性衰變9.核電站利用核能發(fā)電，其主要利用的是？A.核聚變釋放的熱量B.核衰變釋放的射線C.核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放的熱量D.核聚變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放的熱量10.目前核聚變能作為常規(guī)能源大規(guī)模應(yīng)用面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是？A.聚變?cè)希?、氚）的獲取困難B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子輻照問題C.如何在地球上長(zhǎng)期穩(wěn)定地維持上億度的高溫等離子體D.聚變反應(yīng)堆的成本過高二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在答題卡相應(yīng)位置。）1.核裂變過程中，重核吸收一個(gè)中子后分裂成兩個(gè)（或多個(gè)）中等質(zhì)量的核，同時(shí)釋放出多余的中子和巨大的能量，這個(gè)過程通常稱為__________。2.核聚變是指兩個(gè)或多個(gè)輕原子核在__________條件下結(jié)合成一個(gè)較重的原子核，并釋放出能量的過程。3.衡量原子核穩(wěn)定性的重要物理量是__________，其數(shù)值越大，表示原子核越穩(wěn)定。4.核反應(yīng)過程中，反應(yīng)前后質(zhì)量的變化所對(duì)應(yīng)的能量變化遵循愛因斯坦的質(zhì)能方程__________。5.目前世界上運(yùn)行的核電站主要利用__________核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來產(chǎn)生熱能，進(jìn)而發(fā)電。6.實(shí)現(xiàn)核聚變需要克服的主要困難包括獲得極高的溫度（達(dá)到__________以上）和足夠的壓力，以克服原子核之間的庫(kù)侖排斥力。7.核裂變產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命放射性核廢料對(duì)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅，其處理是一個(gè)重要的技術(shù)難題，通常采用__________等方式進(jìn)行處理。8.氘（2H）和氚（3H）是實(shí)現(xiàn)核聚變的最常用的燃料，它們分別是由氫的同位素氫（1H）經(jīng)過__________和__________（或氚自身衰變）產(chǎn)生的。9.與核裂變相比，核聚變反應(yīng)的產(chǎn)物放射性__________，且能量密度更高。10.探索可控核聚變能的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)__________，即在受控的條件下持續(xù)輸出聚變能量，并使能量輸出大于維持反應(yīng)所需的能量輸入。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分。請(qǐng)將答案寫在答題卡相應(yīng)位置。）1.簡(jiǎn)述核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以持續(xù)進(jìn)行的基本條件。2.比較核裂變和核聚變?cè)诜磻?yīng)產(chǎn)物放射性方面的主要差異。3.簡(jiǎn)要說明為什么核聚變能被認(rèn)為是極具潛力的未來能源。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分。請(qǐng)寫出必要的公式、計(jì)算步驟和結(jié)果。）1.已知鈾-235（U-235）的原子量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，鍶-90（Sr-90）的原子量為89.9077u，氙-144（Xe-144）的原子量為143.9101u，中子質(zhì)量仍為1.0087u。計(jì)算U-235吸收一個(gè)慢中子發(fā)生裂變生成Sr-90和Xe-144時(shí)，該核反應(yīng)的Q值。（提示：1u的質(zhì)量相當(dāng)于約931.5MeV的能量）2.氘（2H）和氚（3H）發(fā)生核聚變反應(yīng)生成氦-4（?He）和一個(gè)中子，反應(yīng)方程為：2H+3H→?He+1n。已知2H的原子量為2.0141u，3H的原子量為3.0160u，?He的原子量為4.0026u，中子質(zhì)量為1.0087u。計(jì)算該聚變反應(yīng)的Q值。五、論述題（10分。請(qǐng)將答案寫在答題卡相應(yīng)位置。）結(jié)合核裂變和核聚變的特點(diǎn)，討論當(dāng)前核能利用所面臨的主要挑戰(zhàn)以及未來發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.B7.B8.C9.C10.C二、填空題1.核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)2.極高溫度和壓力3.核結(jié)合能4.E=mc25.鈾6.上億度7.長(zhǎng)期深埋地質(zhì)處置8.氘核（2H）俘獲質(zhì)子、氚（3H）衰變9.低10.穩(wěn)定氦三、簡(jiǎn)答題1.答：核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以持續(xù)進(jìn)行的基本條件是：①存在足夠數(shù)量的易裂變核（如U-235或Pu-239）作為裂變?nèi)剂希虎谥凶幽軌虮涣炎兒宋?；③吸收中子后引發(fā)的裂變產(chǎn)生的中子中，至少要有一定比例能夠引起其他裂變核裂變，即中子的再生率大于或等于1。2.答：核裂變的主要產(chǎn)物是中等質(zhì)量的原子核，這些產(chǎn)物核多數(shù)處于激發(fā)態(tài)，衰變時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列半衰期長(zhǎng)短不一的放射性核素，形成復(fù)雜的放射性廢料，其中包含大量長(zhǎng)壽命核素。而核聚變的主要產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核（α粒子），反應(yīng)中產(chǎn)生的中子雖然也具有放射性，但其半衰期較短（約10分鐘），且可以通過屏蔽來處理。因此，核聚變產(chǎn)生的放射性廢料問題遠(yuǎn)小于核裂變。3.答：核聚變能被認(rèn)為是極具潛力的未來能源，主要因?yàn)椋孩偃剂蟻碓磸V泛，氘可以從海水中提取，氚可以通過鋰同位素（鋰資源豐富）增殖獲得，資源近乎無窮；②能量密度極高，單位質(zhì)量聚變?nèi)剂厢尫诺哪芰窟h(yuǎn)大于裂變?nèi)剂?；③反?yīng)產(chǎn)物主要是穩(wěn)定的氦，放射性廢料少，環(huán)境友好；④反應(yīng)過程不易失控，聚變反應(yīng)需要苛刻的條件才能維持，一旦條件消失反應(yīng)即停止，安全性較高。四、計(jì)算題1.解：反應(yīng)方程：?2U+?1n→??Sr+1??Xe+x?1n根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒：235+1=89+144+x*1=>x=3反應(yīng)方程為：?2U+?1n→??Sr+1??Xe+3?1n質(zhì)量虧損Δm=(質(zhì)量數(shù)*原子量單位質(zhì)量)-產(chǎn)物總原子量單位質(zhì)量Δm=(1*1.0087u+235.0439u)-(89.9077u+143.9101u+3*1.0087u)Δm=236.0526u-(89.9077u+143.9101u+3.0261u)Δm=236.0526u-236.8449uΔm=-0.7923uQ值=Δm*c2=-0.7923u*931.5MeV/uQ值≈-737.4MeV（注意：Q值為負(fù)，表示該反應(yīng)需要吸收能量才能進(jìn)行，作為吸能反應(yīng)，需先克服庫(kù)侖barrier，但題目?jī)H要求計(jì)算質(zhì)量虧損對(duì)應(yīng)的能量，按公式計(jì)算結(jié)果為負(fù)）2.解：反應(yīng)方程：2H+3H→?He+1n質(zhì)量虧損Δm=(質(zhì)量數(shù)*原子量單位質(zhì)量)-產(chǎn)物總原子量單位質(zhì)量Δm=(2.0141u+3.0160u)-(4.0026u+1.0087u)Δm=5.0301u-5.0113uΔm=0.0188uQ值=Δm*c2=0.0188u*931.5MeV/uQ值≈17.49MeV五、論述題答：當(dāng)前核能利用面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①核裂變能的放射性廢料處理問題依然嚴(yán)峻，長(zhǎng)壽命核廢料的安全處置缺乏廣泛接受的方案；②核安全問題，特別是防止核擴(kuò)散和核事故的風(fēng)險(xiǎn)；③核裂變?nèi)剂希ㄢ櫍┵Y源相對(duì)有限；④核聚變能雖然具有巨大潛力，但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)挑戰(zhàn)巨大，主要是如何構(gòu)建并維持穩(wěn)定的高溫等離子體（點(diǎn)火