2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理學(xué)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)。每小題2分，共20分）1.在環(huán)境監(jiān)測中，利用蓋革-米勒計數(shù)器測量環(huán)境空氣中的氡及其子體時，其主要探測的輻射類型是？A.β射線B.γ射線C.α射線D.中子2.下列哪種核物理技術(shù)最適合用于測定水體中痕量鈾（U）或釷（Th）及其子體的放射性活度？A.伽馬能譜分析B.液體閃爍計數(shù)C.中子活化分析（NAA）D.原子吸收光譜法3.放射性核素衰變遵循的統(tǒng)計規(guī)律是？A.線性衰變B.指數(shù)衰變C.對數(shù)衰變D.冪律衰變4.在進(jìn)行環(huán)境樣品的伽馬能譜測量時，為了確定樣品中某放射性核素的活度，通常需要？A.測量樣品的質(zhì)量B.使用已知活度的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)C.僅測量譜峰的計數(shù)率D.測量環(huán)境背景輻射5.利用環(huán)境中的天然放射性核素（如鈾系、釷系）進(jìn)行年代測定，其原理主要基于？A.放射性衰變定律B.輻射與物質(zhì)的相互作用C.探測器的效率D.同位素分離技術(shù)6.在核事故應(yīng)急監(jiān)測中，快速評估放射性物質(zhì)擴(kuò)散范圍和程度，最適合使用的技術(shù)是？A.等離子體發(fā)射光譜法B.便攜式伽馬能譜儀C.中子活化分析D.液體閃爍計數(shù)器7.放射性活度（Bq或Ci）的定義是？A.單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)B.放射源的強(qiáng)度C.放射性物質(zhì)的質(zhì)量D.放射性對周圍介質(zhì)的影響8.閃爍探測器在核輻射測量中主要利用了什么物理效應(yīng)？A.放射性衰變B.輻射與物質(zhì)的電離C.輻射與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生的熒光D.半導(dǎo)體內(nèi)的能帶躍遷9.測量環(huán)境土壤樣品中的天然放射性核素氡（Rn-222）及其子體時，通常需要測量？A.土壤中的總α放射性B.土壤中的總β放射性C.土壤孔隙氣中的氡濃度D.土壤中的γ射線能譜10.中子活化分析（NAA）的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？A.可同時測定多種元素B.無需使用化學(xué)試劑分離C.對環(huán)境樣品的破壞性小D.測量速度快二、填空題（請將答案填入橫線上。每空2分，共20分）1.放射性核素的衰變方式主要包括α衰變、______衰變和γ衰變。2.測量低能β射線（如C-14）通常采用______計數(shù)技術(shù)。3.根據(jù)放射性衰變定律，放射性活度隨時間呈______變化。4.評估核設(shè)施對環(huán)境造成的輻射影響，通常需要計算公眾劑量，常用的單位是______。5.環(huán)境樣品中天然放射性核素監(jiān)測的主要目標(biāo)是確定______水平和評估外照射劑量。6.γ能譜分析中，譜峰的面積與待測核素的______成正比。7.為了減少環(huán)境背景輻射對監(jiān)測結(jié)果的影響，在進(jìn)行樣品測量前，通常需要進(jìn)行______測量。8.核事故應(yīng)急監(jiān)測的首要任務(wù)是快速確定______、______和______。9.利用核物理技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測時，輻射防護(hù)的基本原則是______、______和______。10.液體閃爍計數(shù)器能夠有效地探測______和______輻射。三、簡答題（請簡明扼要地回答下列問題。每題5分，共25分）1.簡述蓋革-米勒計數(shù)器的工作原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.解釋什么是半衰期，并說明其在環(huán)境放射性監(jiān)測中的應(yīng)用意義。3.簡述中子活化分析（NAA）的基本原理及其在環(huán)境樣品分析中可能遇到的干擾。4.列舉三種利用核物理技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的具體實(shí)例，并簡述其監(jiān)測對象。5.在進(jìn)行水體放射性核素監(jiān)測時，為什么要考慮使用液體閃爍計數(shù)器？其優(yōu)勢是什么？四、計算題（請列出計算步驟，并給出最終結(jié)果。每題10分，共20分）1.某環(huán)境樣品測量得到某放射性核素的伽馬能譜，已知該核素的特征峰計數(shù)為15000計數(shù)/分鐘，扣除背景計數(shù)（1000計數(shù)/分鐘）后，樣品質(zhì)量為50克。若該核素的特征峰對應(yīng)的放射性活度濃度為3.7×10^10Bq/kg，請計算該樣品中該核素的絕對活度（單位：Bq）。2.假設(shè)環(huán)境空氣中氡（Rn-222）的初始濃度（氡的化學(xué)形態(tài)）為100Bq/m3，已知氡的半衰期為3.82天。請計算：a.24小時后空氣中的氡濃度是多少？b.如果測量的對象是室內(nèi)1立方米空氣中的氡及其短壽命子體總α潛能濃度（考慮平衡狀態(tài)下的衰變鏈貢獻(xiàn)），請估算總α潛能濃度（單位：Bq/m3）。（提示：考慮Rn-222及其主要子體Po-218、Po-214的平衡因子和半衰期，并簡化計算）五、論述題（請結(jié)合所學(xué)知識，進(jìn)行較為全面的闡述。15分）討論核物理學(xué)中的輻射探測技術(shù)在應(yīng)對核事故環(huán)境監(jiān)測中的重要作用，包括其能夠提供的信息、面臨的挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.B5.A6.B7.A8.C9.C10.B二、填空題1.β2.液體閃爍3.指數(shù)4.防護(hù)希沃特（Sv）或雷姆（rem）5.放射性活度6.活度7.背景輻射8.釋放源、影響范圍、放射性核素種類9.源項(xiàng)控制、距離防護(hù)、屏蔽防護(hù)10.β、γ三、簡答題1.解析思路：蓋革-米勒計數(shù)器利用高電壓使氣體在計數(shù)管內(nèi)電離，脈沖放電使氣體電離雪崩，從而記錄粒子。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、計數(shù)效率高、成本較低。缺點(diǎn)是死時間效應(yīng)顯著、無法區(qū)分粒子種類、對輻射強(qiáng)度的變化響應(yīng)非線性。2.解析思路：半衰期是指放射性核素的數(shù)量或活度減少到原始值一半所需的時間。其應(yīng)用意義在于：①確定核素的穩(wěn)定性；②用于計算長期放射性存在的水平；③是環(huán)境放射性監(jiān)測中定量化評估的基礎(chǔ)；④用于放射性年代測定。3.解析思路：NAA原理是利用中子轟擊樣品，使樣品中原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成新的放射性核素（活化產(chǎn)物），通過測量活化產(chǎn)物的衰變輻射（如γ射線）來確定樣品中元素的含量。干擾可能來自：①樣品中存在易活化產(chǎn)生干擾射線的雜質(zhì)；②樣品中存在易裂變或俘獲中子產(chǎn)生干擾的核素；③探測器對干擾射線的響應(yīng)。4.解析思路：實(shí)例可從不同應(yīng)用領(lǐng)域列舉。如：①利用伽馬能譜儀監(jiān)測核設(shè)施周邊土壤和水體中的放射性核素（如天然放射性U、Th及其子體，或人工放射性I-131、Cs-137）；②利用中子活化分析測定沉積物中的重金屬元素含量；③利用便攜式蓋革計數(shù)器進(jìn)行空氣輻射水平監(jiān)測或應(yīng)急監(jiān)測。5.解析思路：水體中放射性核素可能處于溶解態(tài)或以膠體、懸浮物吸附態(tài)存在，且存在多種核素。液體閃爍計數(shù)器對β射線（包括水中溶解的如H-3、C-14或吸附在顆粒物上的核素釋放的β射線）和γ射線都有很高的探測效率，尤其對低能β射線探測能力突出，且能同時測量多種核素，因此是水環(huán)境監(jiān)測中有效的工具。四、計算題1.解析思路：首先計算樣品凈計數(shù)率（扣除背景），然后根據(jù)已知活度濃度（Bq/kg）換算成單位質(zhì)量樣品的凈計數(shù)率（計數(shù)/分鐘·kg），最后用樣品凈計數(shù)率除以該凈計數(shù)率得到樣品的絕對活度（Bq）。公式為：絕對活度(Bq)=(凈計數(shù)率(計數(shù)/分鐘)/(活度濃度(Bq/kg)*樣品質(zhì)量(kg)))*60分鐘/小時。計算過程：凈計數(shù)率=(15000-1000)計數(shù)/分鐘=14000計數(shù)/分鐘?；疃葷舛?3.7×10^10Bq/kg。樣品質(zhì)量=50g=0.050kg。絕對活度=(14000/(3.7×10^10*0.050))Bq/分鐘*60分鐘/小時=(14000/1.85×10^9)Bq/hour*60=(7.57×10^-6)Bq/hour*60=0.454Bq。最終結(jié)果：該樣品中該核素的絕對活度約為0.454Bq。2.解析思路：a題用指數(shù)衰變公式計算。b題估算總α潛能濃度，需考慮Rn-222及其主要子體Po-218、Po-214在平衡狀態(tài)下的貢獻(xiàn)。由于子體半衰期短，可近似認(rèn)為短時間內(nèi)子體濃度與其平衡濃度成正比?？偊翝撃軡舛燃s等于氡濃度乘以平衡因子。a.計算公式：C(t)=C?*e^(-λt)。其中C?=100Bq/m3，λ=ln(2)/T?=ln(2)/3.82天≈0.181天?1，t=24小時=1天。C(24h)=100*e^(-0.181*1)≈100*0.833≈83.3Bq/m3。b.估算總α潛能濃度。假設(shè)氡處于平衡狀態(tài)，其短壽命子體也處于平衡。平衡因子約為1.2（考慮Po-218和Po-214的貢獻(xiàn)）。總α潛能濃度≈氡濃度*平衡因子=100Bq/m3*1.2=120Bq/m3。最終結(jié)果：a.24小時后氡濃度為約83.3Bq/m3。b.總α潛能濃度約為120Bq/m3。五、論述題解析思路：首先指出核事故環(huán)境監(jiān)測的核心是快速、準(zhǔn)確地確定放射性物質(zhì)的種類、位置、濃度和擴(kuò)散范圍，評估對環(huán)境和公眾的影響。然后重點(diǎn)闡述輻射探測技術(shù)（如伽馬能譜儀、蓋革計數(shù)器、中子活化分析、液體閃爍計數(shù)器等）在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)中的具體作用：①識別放射性核素種類（通過能譜特征）；②測量環(huán)境介質(zhì)（空氣、水、土壤、食品）中的放射