2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核輻射在科研實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.在核輻射的防護(hù)中，通常采用鉛板來屏蔽γ射線，這主要是利用了鉛對(duì)γ射線的什么特性？A.吸收本領(lǐng)強(qiáng)B.易于加工C.密度大D.成本低2.下列哪種核輻射具有最大的電離能力，但穿透能力最弱？A.α射線B.β射線C.γ射線D.中子射線3.在放射性同位素示蹤實(shí)驗(yàn)中，選擇示蹤原子時(shí)通?？紤]其關(guān)鍵在于？A.半衰期足夠長B.半衰期足夠短C.易于探測D.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定4.以下哪種探測器最適合用于測量β射線的能譜？A.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器B.閃爍計(jì)數(shù)器C.半導(dǎo)體探測器D.氣泡室5.核反應(yīng)堆中產(chǎn)生中子的主要方式是？A.放射性衰變B.核裂變C.核聚變D.人工加速6.PET掃描儀利用的核物理原理是？A.α衰變B.β衰變C.正電子發(fā)射D.γ射線吸收7.中子活化分析技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是？A.可以探測所有元素B.非破壞性C.探測靈敏度極高D.設(shè)備簡單8.下列關(guān)于核輻射防護(hù)的“時(shí)間防護(hù)”原則，說法正確的是？A.盡可能縮短接觸輻射源的時(shí)間B.增加與輻射源的距離C.穿戴防護(hù)服D.使用屏蔽材料9.在進(jìn)行放射性樣品的放射性活度測量時(shí)，通常需要扣除的背景計(jì)數(shù)率是指？A.樣品本身的衰變計(jì)數(shù)B.探測器本身的噪聲計(jì)數(shù)C.實(shí)驗(yàn)環(huán)境本底的計(jì)數(shù)D.空氣中放射性物質(zhì)的計(jì)數(shù)10.X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）與正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（PET）的主要區(qū)別在于？A.CT使用放射性藥物，PET不使用B.CT穿透力強(qiáng)，PET主要用于軟組織C.CT探測的是外部輻射，PET探測的是內(nèi)部發(fā)出的正電子湮滅輻射D.CT成本高，PET成本低二、填空題（請(qǐng)將答案填寫在橫線上，每空2分，共20分）1.β衰變過程中，原子核的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)______和一個(gè)______。2.標(biāo)識(shí)放射性核素的關(guān)鍵物理量是半衰期，它表示放射性核素的原子數(shù)量衰變掉______時(shí)所需的時(shí)間。3.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器是一種______原理的探測器，它對(duì)______射線的探測效率較高，但無法區(qū)分射線的種類。4.利用中子照射樣品，使樣品中的穩(wěn)定原子轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹派湫缘耐凰兀ɑ罨樱?，然后測量其衰變輻射來測定樣品元素組成的方法稱為______分析。5.在核輻射防護(hù)中，除了時(shí)間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)外，另一個(gè)重要原則是______，即限制或禁止向工作場所排放放射性物質(zhì)。三、簡答題（請(qǐng)簡要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述α、β、γ三種射線在穿透力、電離能力和相互作用方式上的主要區(qū)別。2.簡述正電子發(fā)射斷層掃描（PET）的基本原理及其在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用。3.簡述核輻射防護(hù)中“距離防護(hù)”原則的物理依據(jù)。4.簡述放射性示蹤技術(shù)的基本原理，并舉例說明其在生物學(xué)研究中的一個(gè)具體應(yīng)用。四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的計(jì)算步驟，每題6分，共12分）1.某放射性同位素的半衰期為5天。如果今天測得該同位素樣品的活度為1×10^8Bq，請(qǐng)計(jì)算：a.3天后樣品的活度是多少？b.需要多少天，樣品的活度才能衰變到1×10^6Bq？2.假設(shè)在一個(gè)核輻射測量實(shí)驗(yàn)中，探測器的效率為90%，在1小時(shí)測量時(shí)間內(nèi)，扣除本底計(jì)數(shù)后，測得樣品引起的計(jì)數(shù)為1000個(gè)。請(qǐng)估算該樣品在測量時(shí)刻的比活度（單位：Bq/g），假設(shè)樣品質(zhì)量為1克，并且該放射性核素的衰變分支比為1（即所有衰變都產(chǎn)生可探測的信號(hào)）。（可以使用λ=ln(2)/T?/?，其中T?/?為半衰期，但題目未給出半衰期，這里假設(shè)要求估算當(dāng)前活度，即A=Nλ，或根據(jù)測量數(shù)據(jù)反推，需補(bǔ)充前提或修改題目）五、論述題（請(qǐng)圍繞問題展開論述，不少于300字，10分）結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述核輻射技術(shù)在材料科學(xué)研究中可以發(fā)揮哪些重要作用，并舉例說明其中一種技術(shù)的具體應(yīng)用及其原理。試卷答案一、選擇題1.A2.A3.C4.B5.B6.C7.C8.A9.C10.C二、填空題1.電子,反中微子(或正電子,電子反中微子)2.一半3.電流脈沖,α(或α射線)4.中子活化5.管理控制(或約束控制)三、簡答題1.解析：α射線由氦核組成，電荷量大，質(zhì)量大，電離能力強(qiáng)，但穿透能力最弱，一張紙即可阻擋；β射線是高速電子(或正電子)，質(zhì)量小，電荷量小，電離能力比α弱，穿透能力比α強(qiáng)，可穿透幾毫米厚的鋁片；γ射線是高能光子，無電荷，質(zhì)量極小，電離能力最弱，但穿透能力最強(qiáng)，需要厚重的鉛板或混凝土才能有效屏蔽。三者相互作用方式也不同，α與物質(zhì)相互作用主要是電離和散射，β除電離外還有康普頓散射等，γ主要是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和Pair生產(chǎn)。2.解析：PET的基本原理是利用放射性核素（如1?F-FDG）標(biāo)記具有生物活性的分子，引入人體內(nèi)，這些核素會(huì)發(fā)生β?衰變，釋放出正電子，正電子在組織中與電子相遇發(fā)生湮滅，產(chǎn)生一對(duì)能量為511keV的γ射線，沿幾乎相反的方向射出。探測器陣列同時(shí)探測到這一對(duì)γ射線，并通過計(jì)算機(jī)重建出正電子發(fā)射的圖像，即PET圖像。PET在醫(yī)學(xué)研究中主要用于顯示人體內(nèi)生理和代謝活動(dòng)，如腫瘤檢測、腦功能成像、心血管疾病研究等。3.解析：“距離防護(hù)”原則的物理依據(jù)是輻射強(qiáng)度與距離的平方成反比（點(diǎn)源輻射）。根據(jù)伊雷克效應(yīng)（InverseSquareLaw），輻射強(qiáng)度I與距離r的平方成反比，即I∝1/r2。這意味著當(dāng)人與輻射源的距離增加一倍時(shí)，受到的輻射強(qiáng)度將減少到原來的1/4。因此，增大與輻射源的距離是減少輻射劑量接受率的一種非常有效的防護(hù)措施。4.解析：放射性示蹤技術(shù)的基本原理是利用放射性同位素作為示蹤劑，由于其具有放射性，可以在不改變其化學(xué)性質(zhì)的前提下，通過探測其衰變發(fā)出的射線來追蹤它在生物系統(tǒng)（或其他系統(tǒng)）中的分布、轉(zhuǎn)移和變化過程。例如，在生物學(xué)研究中，可以將放射性同位素標(biāo)記的氨基酸注入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)，通過追蹤這些氨基酸在體內(nèi)的運(yùn)輸和代謝途徑，研究蛋白質(zhì)的合成和降解過程。四、計(jì)算題1.解析：a.活度衰減遵循指數(shù)規(guī)律A=A?e^(-λt)。半衰期T?/?=ln(2)/λ，所以λ=ln(2)/T?/?=ln(2)/5天≈0.1386天?1。t=3天。A=1×10^8×e^(-0.1386×3)≈1×10^8×e^(-0.4158)≈1×10^8×0.659≈6.59×10^7Bq。b.令A(yù)=A?/2，則A?/2=A?e^(-λt)，1/2=e^(-λt)，ln(1/2)=-λt，t=-ln(1/2)/λ=ln(2)/λ=T?/?=5天。2.解析：首先計(jì)算樣品的真實(shí)衰變率（計(jì)數(shù)率）。測量計(jì)數(shù)率C_measured=1000counts/h。探測器效率η=90%=0.9。本底計(jì)數(shù)率未給出，通常需要扣除，但題目未明確，此處假設(shè)本底影響已包含在1000counts/h內(nèi)或可忽略。樣品衰變率A_true=C_measured/η=1000/0.9≈1111.1Bq。比活度A_specific=A_true/m，其中m=1g。A_specific≈1111.1Bq/1g=1111.1Bq/g。注意：此計(jì)算基于簡化假設(shè)，實(shí)際測量需考慮本底、衰變分支比、探測器效率隨能量的變化等因素。五、論述題解析：核輻射技術(shù)在材料科學(xué)研究中扮演著不可或缺的角色，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，在材料成分分析方面，中子活化分析（NAA）是一種強(qiáng)大的無損檢測技術(shù)，能夠測定材料中幾乎所有元素的含量，特別是對(duì)于輕元素（如H,C,N,O,F）和硼等元素，具有獨(dú)特的優(yōu)勢，且樣品無需進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理。其次，在材料結(jié)構(gòu)表征方面，中子衍射（ND）是研究材料晶體結(jié)構(gòu)、缺陷（如位錯(cuò)、空位、晶界）以及磁結(jié)構(gòu)的重要手段。由于中子具有磁矩，它能與原子核的自旋和電子的磁矩發(fā)生相互作用，這使得中子衍射特別適用于研究鐵磁、反鐵磁和順磁材料。此外，中子散射技術(shù)還可以用來研究材料中的原子擴(kuò)散過程、液晶結(jié)構(gòu)等。再次，在材料性能研究方面，輻射效應(yīng)研究是利用核輻射（如高能粒子、中子、γ射線）誘導(dǎo)材料產(chǎn)生損傷（如輻照損傷、相變），通過研究這些損傷后的材料性能變化（如力學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能、耐腐蝕性等），來理解材料的輻照響應(yīng)機(jī)制，為開發(fā)耐