2025年大學《核物理》專業(yè)題庫——超重元素合成與探索研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪個元素被廣泛認為是目前已知最重的穩(wěn)定元素？2.在目前實驗上合成超重元素主要采用的反應機制中，以下哪種機制產(chǎn)生的復核具有相對較高的激發(fā)能，從而有利于中子發(fā)射和超重元素的生成？3.冷中子俘獲過程（CNC）在超重元素合成研究中具有重要意義，其主要優(yōu)勢在于能夠合成哪些類型的超重元素？4.熱中子俘獲過程（TNC）與冷中子俘獲過程相比，其主要區(qū)別在于什么？5.在超重元素合成實驗中，通常采用哪些方法來增加反應產(chǎn)物中目標元素的比例？6.核結(jié)構(gòu)模型在解釋超重元素的穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用，以下哪種模型能夠較好地解釋超重元素“穩(wěn)定島”的預言？7.下列哪種探測技術常用于超重元素合成實驗中，以探測半衰期極短的超重元素原子核？8.在超重元素合成實驗中，為了提高探測效率，通常會采用哪些技術手段？9.下列哪個物理量是描述原子核大小的重要參數(shù)？10.超重元素合成實驗中，為了減少背景干擾，通常需要采取哪些措施？二、填空題1.超重元素的原子序數(shù)通常定義為________。2.超重元素合成實驗中，常用的靶材元素包括錒系元素和________。3.在液態(tài)氦冷卻的核反應堆中進行的實驗，通常采用________中子源。4.核結(jié)構(gòu)模型中，殼模型的主要思想是原子核的核子（質(zhì)子和中子）像原子中的電子一樣，在核力場中運動，當核子的量子數(shù)達到________時，核子會感受到較強的庫侖排斥力，形成“殼層”結(jié)構(gòu)。5.探測超重元素衰變時釋放的________粒子的能量是確定超重元素半衰期和衰變模式的關鍵。6.超重元素合成實驗中，通常采用________技術來分離和富集反應產(chǎn)物。7.核反應截面是描述________發(fā)生的概率的物理量。8.超重元素“穩(wěn)定島”假說認為，在原子核的“?！敝写嬖谝恍皪u”，這些“島”上的原子核具有相對較高的穩(wěn)定性，其中一些超重元素可能就位于這些“島”上。9.為了研究超重元素的核結(jié)構(gòu)，科學家們通常會采用________等方法來激發(fā)目標原子核。10.超重元素合成實驗的成功，不僅驗證了核結(jié)構(gòu)模型，也為________研究提供了新的素材。三、簡答題1.簡述超重元素合成實驗中，采用加速器轟擊靶材的主要步驟。2.簡述殼模型的基本思想和主要應用。3.簡述在超重元素合成實驗中，如何利用質(zhì)子飛行時間譜來識別目標元素。4.簡述超重元素“穩(wěn)定島”假說的主要內(nèi)容及其意義。5.簡述在超重元素合成實驗中，如何利用自旋甄別技術來提高探測效率。四、計算題1.假設一個超重元素的半衰期為1毫秒，試計算該元素經(jīng)過10個半衰期后，剩余的原子核比例是多少？2.假設一個核反應的截面為1靶恩，入射中子的能量為100MeV，通量為1×10^12中子/秒，試計算該核反應發(fā)生的平均事件率是多少？3.假設一個探測器的效率為90%，探測到的粒子能量為10MeV，試計算入射粒子的真實能量是多少？五、論述題1.論述超重元素合成研究的意義及其對核物理發(fā)展的推動作用。2.評述目前超重元素合成實驗面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。3.展望超重元素合成與探索研究的未來發(fā)展方向，并談談你對未來研究的展望。試卷答案一、選擇題1.锎（Californium）2.熱中子俘獲3.通過中子逐個俘獲過程合成4.中子能量不同（熱中子能量約為0.025eV，冷中子能量更低）5.精確控制反應條件、采用新型靶材和探測器6.雙殼模型或擴展的殼模型7.偏振中子探測器或衰變電子譜分辨技術8.采用大體積探測器、增強靶材厚度、優(yōu)化實驗幾何9.半徑10.良好的屏蔽、反應室設計與控制、背景在線監(jiān)測與扣除二、填空題1.超出當前元素周期表中已知元素的最大原子序數(shù)2.鉛（Pb）3.冷中子4.填充或半填充5.α（阿爾法）6.熱離子分離7.核反應8.超重元素可能存在的區(qū)域9.粒子束轟擊或中子轟擊10.基礎物理三、簡答題1.解析思路：首先說明需要使用粒子加速器產(chǎn)生高能粒子束流，然后詳細描述高能粒子束流轟擊靶材的過程，包括束流選擇、能量控制、轟擊參數(shù)設置等，最后說明如何收集和分析反應產(chǎn)物。2.解析思路：首先解釋殼模型的基本思想，即核子像電子一樣在核內(nèi)運動并形成殼層結(jié)構(gòu)，然后說明殼層模型的近似方法和主要參數(shù)，最后舉例說明殼模型在解釋原子核性質(zhì)（如穩(wěn)定性、能級結(jié)構(gòu)）方面的應用。3.解析思路：首先說明質(zhì)子飛行時間譜的原理，即利用質(zhì)子在介質(zhì)中飛行的不同時間來區(qū)分不同質(zhì)量的粒子，然后描述如何通過測量質(zhì)子飛行時間來識別目標元素，最后說明該技術的優(yōu)點和局限性。4.解析思路：首先概述“穩(wěn)定島”假說的主要內(nèi)容，即認為存在一些具有較高穩(wěn)定性的超重元素區(qū)域，然后解釋該假說的提出背景和理論依據(jù)，最后闡述其對超重元素合成研究的指導意義。5.解析思路：首先說明自旋甄別技術的原理，即利用原子核的自旋性質(zhì)來選擇或排除特定自旋的粒子，然后描述如何在超重元素合成實驗中應用自旋甄別技術，最后說明該技術對提高探測效率的作用。四、計算題1.解析思路：利用半衰期公式N(t)=N0*(1/2)^(t/T1/2)計算剩余原子核比例，其中N(t)為t時刻剩余的原子核數(shù)量，N0為初始原子核數(shù)量，T1/2為半衰期，t為時間。代入t=10*T1/2=10毫秒，計算得到剩余比例。2.解析思路：利用核反應事件率公式R=σ*Φ計算事件率，其中R為事件率，σ為截面，Φ為通量。代入σ=1靶恩=1b=1×10^-28m^2，Φ=1×10^12中子/秒，計算得到事件率。3.解析思路：利用探測器效率公式E=(E_d/E_i)*100%計算入射粒子能量E_i，其中E_d為探測到的粒子能量，E_i為入射粒子能量，100%為探測器效率。已知E_d=10MeV，效率=90%，代入公式解得E_i=E_d/(效率/100%)=10MeV/0.9=11.11MeV。五、論述題1.解析思路：從多個角度論述超重元素合成研究的意義，例如：驗證和完善核結(jié)構(gòu)理論、探索物質(zhì)的新形態(tài)、拓展元素周期表、推動核科學與技術的發(fā)展等。結(jié)合具體實例說明其對核物理發(fā)展的推動作用。2.解析思路：首先分析目前超重元素合成實驗面臨的主要挑戰(zhàn)，例如：反應截面極小、背景干擾嚴重、探測技術限制等，然后針對每個挑戰(zhàn)提出可能的解決方案，例如：發(fā)展新型加速器和探測器、