2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理學(xué)在環(huán)保領(lǐng)域的作用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分）1.下列哪種核分析技術(shù)主要利用了原子核的放射性衰變特性來進行樣品中元素含量測定？A.中子活化分析B.X射線熒光光譜分析C.放射性同位素示蹤D.質(zhì)譜分析2.在利用放射性同位素進行環(huán)境示蹤研究中，選擇示蹤劑的首要考慮因素通常不是：A.放射性活度B.示蹤劑的化學(xué)性質(zhì)與被研究物質(zhì)相似C.半衰期D.輻射安全性3.與燃煤電廠相比，核能發(fā)電在運行過程中對大氣造成的常規(guī)污染物（如二氧化硫、氮氧化物）排放量特點是：A.顯著更高B.顯著更低C.相差不大D.僅在啟動時排放較高4.核廢料長期安全處置面臨的主要挑戰(zhàn)之一是：A.廢料體積巨大B.需要長期監(jiān)測且難以預(yù)測的放射性衰變過程C.處置場地選址困難D.以上都是5.根據(jù)輻射防護的基本原則，在需要接受較高電離輻射時，應(yīng)努力縮短暴露時間。這主要基于：A.輻射劑量率與吸收劑量的關(guān)系B.放射性衰變定律C.輻射生物效應(yīng)的隨機性D.以上都不是6.測量環(huán)境水體中總α、總β放射性時，通常采集的水樣量較大，其主要原因是：A.水樣中放射性核素濃度通常很高B.需要保證測量的統(tǒng)計精度，降低計數(shù)統(tǒng)計誤差C.水體體積巨大D.大樣量便于物理處理7.穩(wěn)定同位素比值分析在環(huán)境科學(xué)中可用于：A.確定樣品的絕對年齡B.識別污染物的來源C.測量環(huán)境輻射水平D.直接測量元素含量8.在核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中進行中子活化分析時，常用的中子源是：A.放射性同位素中子源（如Am-Be）B.核反應(yīng)堆自身產(chǎn)生的中子C.加速器產(chǎn)生的中子束D.以上都可以，但B更常用且方便9.放射性核素碘-131（半衰期約8天）主要用于治療甲狀腺疾病，其核外電子排布與穩(wěn)定同位素碘-127不同，主要體現(xiàn)在：A.質(zhì)子數(shù)不同B.中子數(shù)不同C.核外電子數(shù)不同D.核內(nèi)中子數(shù)不同10.對于核設(shè)施周圍環(huán)境輻射監(jiān)測，通常需要關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)不包括：A.空氣中氚濃度B.土壤中放射性核素比活度C.局部地表伽馬劑量率D.水體溶解氧含量二、填空題（每空2分，共20分）1.利用中子與原子核發(fā)生反應(yīng)，使核發(fā)生轉(zhuǎn)變而釋放出帶電粒子或γ射線，根據(jù)測量這些反應(yīng)產(chǎn)物來分析樣品成分的方法稱為______。2.核設(shè)施正常運行時向環(huán)境排放的放射性物質(zhì)，其濃度和劑量通常受到嚴格限制，需要符合國家或國際的______。3.放射性廢料根據(jù)其放射性活度水平和熱釋熱量，通常分為高放廢物、中放廢物和低放廢物，其處置方式也應(yīng)______。4.在核物理中，描述放射性核素衰變快慢的規(guī)律稱為______定律，其數(shù)學(xué)表達式為N(t)=N?e^(-λt)。5.核分析技術(shù)中的X射線熒光光譜分析（XRF）是利用原子內(nèi)層電子被激發(fā)后，外層電子躍遷填補空位時釋放出的______譜來進行分析。6.輻射防護中的“時間防護”原則，即盡量縮短在輻射源附近停留的時間，其目的是為了減少接收到的______。7.利用放射性同位素作為示蹤劑，通過探測其放射性來確定物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的______、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等信息。三、簡答題（每題8分，共24分）1.簡述利用γ能譜分析進行環(huán)境樣品中天然放射性核素（如鈾系、釷系）測量的基本原理和步驟。2.與化學(xué)分析方法相比，核分析技術(shù)（如中子活化分析、XRF）在環(huán)境樣品元素分析中有哪些獨特的優(yōu)勢？3.簡述核能發(fā)電過程中的主要潛在環(huán)境風(fēng)險，并列舉至少兩種相應(yīng)的輻射防護措施。四、計算題（每題10分，共20分）1.某環(huán)境監(jiān)測站點測得空氣中氡-222的濃度為100Bq/m3。已知氡-222的半衰期為3.82天。請計算：a.3天后空氣中氡-222的濃度是多少？b.若人體吸入氡氣，其有效劑量率約為5μSv/(Bq·m3·h)，求該站點空氣中氡-222導(dǎo)致的人體年有效劑量是多少？（假設(shè)每年工作按2400小時計算，只考慮吸入途徑）2.某樣品經(jīng)過中子活化分析，測得產(chǎn)生的特定活化產(chǎn)物X的計數(shù)率為1200計數(shù)/分鐘。已知該活化產(chǎn)物的半衰期為10小時，測量過程中樣品接受中子照射的時間為2小時。請計算樣品中待測元素Y（即活化產(chǎn)物X的母體）的比活度（單位：Bq/g）。假設(shè)衰變和照射過程符合理想條件，無自吸收等影響。五、論述題（12分）論述核能發(fā)展在減少溫室氣體排放方面的潛力，并分析核能發(fā)展伴隨的主要環(huán)境挑戰(zhàn)及其應(yīng)對策略。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.D5.A6.B7.B8.B9.C10.D二、填空題1.中子活化分析2.標準限值或法規(guī)3.針對性4.放射性衰變5.特征X射線或標識X射線6.當量劑量或有效劑量7.運移路徑三、簡答題1.原理：利用探測器測量環(huán)境樣品中天然放射性核素（如鈾系238U、釷系232Th及其子體）衰變產(chǎn)生的γ射線，通過分析測得的γ能譜，識別出特征γ能峰，并與標準譜庫進行比對，確定樣品中存在的放射性核素種類及豐度。步驟：樣品采集與制備、γ能譜測量（使用高純鍺探測器等）、能譜數(shù)據(jù)處理（譜峰識別、定峰、峰面積積分）、放射性核素識別與定量計算（利用已知活度標準源進行刻度或使用庫倫效率法等）。2.優(yōu)勢：無需化學(xué)預(yù)處理或僅需簡單預(yù)處理，可直接測定元素總量，可同時測定多種元素（多元素同時分析），可測定樣品中痕量甚至超痕量元素（靈敏度較高），不破壞樣品（無損分析），部分技術(shù)（如NAA）可同時提供信息（如化學(xué)形態(tài)）。3.風(fēng)險：核事故釋放放射性物質(zhì)對環(huán)境的污染；核設(shè)施運行產(chǎn)生的放射性廢料對環(huán)境長期潛在影響；核燃料循環(huán)過程中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)風(fēng)險；核設(shè)施運行人員和管理人員的職業(yè)照射。防護措施：建立健全的核安全法規(guī)和監(jiān)管體系；采用先進的安全技術(shù)和設(shè)計，確保核設(shè)施安全運行；加強輻射監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和處置異常情況；對核廢料進行分類、處理和長期安全處置（如深地質(zhì)處置）；對工作人員和管理人員進行嚴格的輻射防護培訓(xùn)和劑量管理，遵守ALARA原則。四、計算題1.a.氡-222濃度衰減符合指數(shù)規(guī)律。3天后濃度N(t)=N?e^(-λt)。半衰期T?/?=ln(2)/λ，所以λ=ln(2)/T?/?=ln(2)/(3.82天)≈0.182天?1。t=3天。N(3)=100*e^(-0.182*3)≈100*e^(-0.546)≈100*0.580≈58.0Bq/m3。b.年有效劑量D=C*ε*T*8760/(2400)=100Bq/m3*5μSv/(Bq·m3·h)*2400h/yr*8760h/yr/2400h/yr=100*5*8760μSv/yr=438000μSv/yr=438mSv/yr。2.比活度計算公式A=(N/t)*(1/e^λt)/(ετ?)，其中N是總計數(shù)，t是照射時間，λ是衰變常數(shù)(λ=ln(2)/T?/?)，T?/?是半衰期，ε是探測效率（通常在刻度時已知，此處假設(shè)為1考慮簡化），τ?是照射時間（此處為2小時）。先計算λ=ln(2)/10小時≈0.0693小時?1?？偦疃華=(1200計數(shù)/分鐘)*(1/e^(0.0693*2))/(1*2小時*60分鐘/小時)=(1200/e^0.1386)/120=(1200/1.148)/120≈10.44/120≈0.087Bq/分鐘。將分鐘活度轉(zhuǎn)換為g活度，需樣品質(zhì)量m，A=(N/t)*(1/e^λt)/(ετ?)=C*(1/e^λτ?)。若題目未給樣品質(zhì)量，此步無法完成g單位的比活度計算。若假設(shè)探測器效率ε=1，照射時間τ?=2小時=120分鐘，則A=C*e^(-λτ?)=1200*e^(-0.0693*120)=1200*e^(-8.316)≈1200*0.00025≈0.03Bq/分鐘。比活度A_g=A_min/g=(0.03Bq/分鐘)/m_g。題目缺少樣品質(zhì)量m，無法給出最終g單位的比活度結(jié)果。通常此類題會隱含給出質(zhì)量或要求計算相對活度。按標準形式解到此步。若按標準答案思路，可能簡化處理或假設(shè)條件不同。此處按公式推導(dǎo)為主。五、論述題核能作為一種低碳能源，在其發(fā)電過程中幾乎不排放二氧化碳等溫室氣體，對于應(yīng)對全球氣候變化、減少空氣污染具有顯著潛力。與化石燃料發(fā)電相比，核能能在滿足社會能源需求的同時，大幅降低溫室氣體排放，有助于實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。然而，核能發(fā)展也面臨嚴峻的環(huán)境挑戰(zhàn)。首先，核事故風(fēng)險盡管概率低，但一旦發(fā)生，可能造成嚴重的核與輻射事故，對環(huán)境和公眾健康造成長期、廣泛的影響（如切爾諾貝利、福島事故）。其次，核廢料處理是長期難題，特別是高放射性廢料，需要尋找安全、可靠、可持續(xù)的處置方案，目前全球尚無廣泛接受的長期處置設(shè)施。此外，核燃料循環(huán)過程中的核擴散風(fēng)險、核材料的安保問題也是重要的環(huán)境與安全