2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核技術(shù)在城市垃圾處理中的應(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。請將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在利用中子活化分析（NAA）測定城市垃圾中金屬元素含量時(shí)，主要利用的是哪種核物理過程？A.α衰變B.β衰變C.γ衰變D.中子俘獲2.伽馬射線透射（γ-CT）技術(shù)在垃圾堆體表征中主要利用了γ射線的什么特性？A.電離效應(yīng)B.熒光效應(yīng)C.穿透效應(yīng)D.輻照效應(yīng)3.處理醫(yī)療廢物時(shí)，通常選用鈷-60作為輻照源，其主要產(chǎn)生的射線類型及其特點(diǎn)是什么？A.高能α射線，穿透力強(qiáng)B.高能β射線，射程較長C.高能γ射線，穿透力極強(qiáng)D.中子流，反應(yīng)堆產(chǎn)生4.輻射加工中，利用電子束（e-beam）輻照塑料垃圾的主要目的是什么？A.殺滅病原體B.提高塑料熱穩(wěn)定性C.促進(jìn)金屬回收D.將塑料轉(zhuǎn)化為燃料5.根據(jù)輻射防護(hù)原理，在處理高活性放射性同位素源時(shí)，以下哪項(xiàng)措施主要是為了減少工作人員的隨機(jī)性劑量？A.加強(qiáng)屏蔽B.改善通風(fēng)C.短時(shí)間操作D.佩戴個(gè)人劑量計(jì)6.城市垃圾成分分析中，X射線熒光光譜（XRF）技術(shù)的主要優(yōu)勢是什么？A.可測元素種類多，無損快速B.可測得元素的同位素豐度C.可精確測量放射性活度D.可直接分離出金屬成分7.輻射滅菌效果通常用哪個(gè)物理量來衡量？A.吸收劑量（Gy）B.劑量當(dāng)量（Sv）C.D值（分鐘·Gy?1）D.半衰期（年）8.在核反應(yīng)堆中處理城市垃圾（如玻璃、陶瓷）的主要目的是什么？A.實(shí)現(xiàn)垃圾的無害化B.回收其中的貴金屬C.利用核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量D.將垃圾轉(zhuǎn)化為新的核燃料9.放射性同位素示蹤法用于研究垃圾滲濾液遷移時(shí)，通常選用哪種類型的核素？A.發(fā)射α射線的核素B.發(fā)射β射線的核素C.發(fā)射γ射線的核素D.發(fā)射中子的核素10.輻照對垃圾中有機(jī)物的影響，可能包括哪些方面？（多選，請以字母A+B+C...形式表示）A.破壞復(fù)雜有機(jī)分子B.改變塑料物理性能C.產(chǎn)生新的放射性物質(zhì)D.提高垃圾熱值二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線上）1.放射性核素衰變時(shí)，其原子核數(shù)隨時(shí)間呈指數(shù)減少，描述這一過程的數(shù)學(xué)關(guān)系式為________。2.輻射劑量學(xué)中，用于評估外照射對生物組織隨機(jī)性損傷風(fēng)險(xiǎn)的量是________。3.利用γ射線輻照食品進(jìn)行殺菌消毒時(shí)，需要控制的輻照劑量通常以________為單位。4.核分析技術(shù)中，中子活化分析（NAA）的突出優(yōu)點(diǎn)之一是________（即無需破壞樣品）。5.輻射加工中，提高輻照效率、確保輻照均勻性的技術(shù)手段之一是________。6.城市垃圾焚燒過程中，核技術(shù)可用于監(jiān)測煙氣中的________含量。7.在設(shè)計(jì)利用放射性同位素進(jìn)行垃圾填埋場監(jiān)測的方案時(shí)，需要考慮的主要核安全問題是________。8.輻照可以使某些高分子材料發(fā)生交聯(lián)，從而提高其________。9.根據(jù)核物理原理，γ射線在穿過物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，其強(qiáng)度隨距離的增加呈________減小。10.將城市垃圾中的可燃物與不可燃物進(jìn)行分離，核技術(shù)中的________技術(shù)具有潛在應(yīng)用價(jià)值。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述利用X射線熒光光譜（XRF）技術(shù)分析城市垃圾成分的基本原理。2.簡要說明輻射滅菌與化學(xué)滅菌相比，具有哪些主要特點(diǎn)。3.提出至少三種核技術(shù)（除輻射滅菌外）在城市垃圾處理或監(jiān)測中可能的應(yīng)用方向，并簡述其作用。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1.某放射性同位素的半衰期為5天。如果初始活度為1×10?Bq，計(jì)算經(jīng)過15天后，該同位素的剩余活度是多少？（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）2.假設(shè)用γ射線對一堆厚度為0.5米的垃圾進(jìn)行輻照，已知入射γ射線的能量為1.25MeV，其在垃圾材料中的線性吸收劑量率為2.0Gy/h。估算穿透該垃圾堆體后，γ射線強(qiáng)度降低了多少？（假設(shè)吸收系數(shù)為常數(shù)，結(jié)果以百分比表示，保留一位有效數(shù)字）五、論述題（15分）論述核技術(shù)在解決城市垃圾處理難題（如減量化、無害化、資源化）方面所具有的潛力和優(yōu)勢，并分析當(dāng)前推廣應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.B5.C6.A7.C8.C9.C10.A+B二、填空題1.N(t)=N?e^(-λt)2.劑量當(dāng)量(或當(dāng)量劑量)3.戈瑞(或Gy)4.無損5.輻照均勻化技術(shù)(或均勻輻照裝置)6.汞(或Hg)(或其他特定放射性核素如銫-137,鈾系元素等，若考察范圍更廣)7.放射性污染擴(kuò)散(或放射性物質(zhì)泄漏)8.耐熱性(或熱穩(wěn)定性)9.指數(shù)10.核成像(或γ-CT)三、簡答題1.解析思路：XRF技術(shù)基于原子核的能級躍遷原理。當(dāng)樣品受到X射線或γ射線照射時(shí)，樣品中原子內(nèi)層電子被激發(fā)而離開原子，產(chǎn)生空穴。外層電子躍遷填補(bǔ)空穴時(shí)，會(huì)發(fā)射出具有特定能量（或波長）的特征X射線光子。通過探測這些特征X射線的能量和強(qiáng)度，可以確定樣品中包含哪些元素以及元素的含量。XRF分析通常是無損的，速度快，可進(jìn)行現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室分析。2.解析思路：輻射滅菌利用高能量輻射（如γ射線、電子束）破壞微生物的DNA或RNA結(jié)構(gòu)，使其失去繁殖能力，達(dá)到滅菌目的。其特點(diǎn)包括：1)作用原理不同，不依賴溫度，可在常溫或低溫下進(jìn)行；2)效果可靠，對各種微生物（細(xì)菌、病毒、真菌、孢子）均有效；3)消毒徹底，穿透力強(qiáng)，可對包裝完好的物品進(jìn)行輻照；4)無化學(xué)殘留，不改變被輻照物品的成分和感官特性（除輻解產(chǎn)物的可能外）；5)可實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化生產(chǎn)?；瘜W(xué)滅菌則通常使用化學(xué)消毒劑（如氯、酒精），可能存在殘留、作用溫度要求高、穿透力有限等問題。3.解析思路：核技術(shù)可應(yīng)用于垃圾處理的不同環(huán)節(jié)。例如：1)成分分析：利用NAA、XRF等技術(shù)快速無損地測定垃圾元素組成，為分類回收提供依據(jù)；2)填埋場監(jiān)測：利用放射性示蹤劑或環(huán)境監(jiān)測儀器（如蓋革計(jì)數(shù)器）監(jiān)測垃圾滲濾液遷移路徑、地下水和土壤的污染情況；3)焚燒煙氣監(jiān)測：利用在線輻射監(jiān)測系統(tǒng)（如X射線熒光）實(shí)時(shí)監(jiān)測煙氣中重金屬（如汞、鉛、砷）含量，確保排放達(dá)標(biāo)；4)核廢料處理研究：利用核分析技術(shù)研究垃圾焚燒飛灰或特定廢物的成分和浸出特性，為固化處置方案提供數(shù)據(jù)支持；5)（間接）資源回收：研究利用輻射選擇性作用分離或富集電子垃圾中的貴金屬。四、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)放射性衰變公式N(t)=N?e^(-λt)，其中λ=ln(2)/T?。先計(jì)算衰變常數(shù)λ=ln(2)/5天≈0.1386/天。再計(jì)算15天后的活度比N(t)/N?=e^(-λt)=e^(-0.1386*15)=e^(-2.079)≈0.125。剩余活度=1×10?Bq*0.125=1.25×10?Bq。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字為1.3×10?Bq。2.解析思路：根據(jù)Beer-Lambert定律，穿透后的強(qiáng)度I=I?*e^(-μx)，其中μ為線性吸收系數(shù)，x為厚度。吸收劑量率D=(I?-I)/x=I?*(1-e^(-μx))/x。當(dāng)x很小或μ很小，可用近似D≈I?*μ/x。吸收劑量率D=2.0Gy/h。設(shè)穿透前強(qiáng)度為I?，穿透后強(qiáng)度為I，則I=I?*e^(-μ*0.5m)。強(qiáng)度降低百分比=(I?-I)/I?*100%=(1-e^(-μ*0.5))*100%。由于D=I?μ/0.5m，得到I?μ=2.0*0.5=1.0Gy/m。所以強(qiáng)度降低百分比≈(1-e^(-1.0))*100%≈(1-0.368)*100%≈63%。結(jié)果保留一位有效數(shù)字為60%。五、論述題解析思路：核技術(shù)在城市垃圾處理中潛力在于：1)成分精確分析：NAA、XRF等技術(shù)可無損、快速、準(zhǔn)確地測定復(fù)雜垃圾的元素組成和放射性水平，為精細(xì)化分類、回收和環(huán)境影響評估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。2)高效減容與無害化：輻射滅菌能有效殺滅病原體和有害微生物，實(shí)現(xiàn)垃圾（特別是醫(yī)療廢物）的無害化處理；輻射加工可改變材料性質(zhì)，如穩(wěn)定塑料或促進(jìn)某些處理過程。3)環(huán)境監(jiān)測與安全評估：利用放射性示蹤劑和輻射探測儀器，可監(jiān)測垃圾滲濾液遷移、土壤污染、煙氣排放等，評估環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，保障核安全。4)資源回收輔助：核分析技術(shù)可識(shí)別和定位有價(jià)金屬，可能輔助電子垃圾拆解和資源回收。優(yōu)勢體現(xiàn)在分析精確、作用條件溫和（輻射滅菌）、穿透力強(qiáng)、可在線監(jiān)測等。面臨的挑戰(zhàn)包括：1)