蘭州大學(xué)《核物理實驗與數(shù)據(jù)分析》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

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《核物理實驗與數(shù)據(jù)分析》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共30個小題，每小題1分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、核反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)對于防止核事故至關(guān)重要。在壓水堆中，設(shè)置了多重安全屏障，包括燃料包殼、一回路壓力邊界、安全殼等。當發(fā)生一回路管道破裂的事故時，以下哪個安全屏障首先發(fā)揮作用？（）A.燃料包殼B.一回路壓力邊界C.安全殼D.以上同時發(fā)揮作用2、在核反應(yīng)堆中，控制棒的作用至關(guān)重要。已知某壓水堆核反應(yīng)堆在運行過程中，需要通過控制棒來調(diào)節(jié)反應(yīng)性?？刂瓢舨牧贤ǔ２捎镁哂袕娭凶游漳芰Φ奈镔|(zhì)，如硼、鎘等。當反應(yīng)堆功率過高時，需要插入更多的控制棒以降低反應(yīng)性。假設(shè)當前反應(yīng)堆的反應(yīng)性為0.005，插入一定數(shù)量的控制棒后，反應(yīng)性降至0.001。若繼續(xù)插入相同數(shù)量的控制棒，反應(yīng)堆的反應(yīng)性可能會變?yōu)槎嗌伲浚ǎ〢.-0.001B.0C.-0.002D.-0.0033、核科學(xué)中的輻射防護標準和法規(guī)是保障公眾和工作人員安全的重要依據(jù)。假設(shè)一個新的核設(shè)施正在建設(shè)，需要遵循相關(guān)的輻射防護標準和法規(guī)。以下關(guān)于輻射防護標準和法規(guī)的制定和執(zhí)行的描述，哪一項是不正確的？（）A.輻射防護標準和法規(guī)通常由國家相關(guān)部門制定，并根據(jù)科學(xué)研究和實踐經(jīng)驗不斷更新B.不同國家和地區(qū)的輻射防護標準和法規(guī)可能存在差異，但基本原則是一致的C.輻射防護標準和法規(guī)的執(zhí)行主要依靠企業(yè)的自覺遵守，政府的監(jiān)督檢查作用較小D.違反輻射防護標準和法規(guī)會受到相應(yīng)的法律制裁，以確保其嚴格執(zhí)行4、核輻射在醫(yī)學(xué)治療中的應(yīng)用需要精確控制劑量。假設(shè)使用放射性同位素進行腫瘤放療，已知腫瘤的位置、大小和周圍組織的敏感性。如果放療劑量過高，可能會對周圍健康組織產(chǎn)生什么影響？（）A.短期損傷B.長期損傷C.癌變風(fēng)險增加D.以上都有可能5、在核反應(yīng)堆的安全殼設(shè)計中，需要能夠承受各種極端工況下的壓力和溫度。某安全殼采用了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有鋼襯里。在發(fā)生嚴重事故時，安全殼內(nèi)部可能會產(chǎn)生高溫高壓氣體。如果安全殼的設(shè)計壓力為0.5MPa，內(nèi)部溫度達到200℃，那么對安全殼的材料強度和密封性會提出怎樣的要求？（）A.材料需要具有更高的強度和耐熱性，密封結(jié)構(gòu)要可靠B.材料強度要求不變，加強密封結(jié)構(gòu)即可C.降低對材料強度的要求，重點保證密封性D.只考慮溫度影響，不考慮壓力對材料和密封的要求6、在核技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域時，輻射加工是一種常見的手段。例如，利用輻射對材料進行改性。已知材料的初始性能和輻射劑量，若要預(yù)測改性后的材料性能變化，還需要了解以下哪個方面的知識？（）A.輻射與物質(zhì)相互作用的微觀機制B.材料的化學(xué)成分C.加工過程中的溫度和濕度條件D.以上都是7、核技術(shù)在環(huán)境保護中可以用于污染監(jiān)測和治理。例如，利用同位素示蹤技術(shù)可以追蹤污染物在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化過程。假設(shè)向受污染的水體中加入一定量的放射性同位素標記的污染物，然后在不同位置和時間進行采樣分析。已知同位素的半衰期為10天，初始濃度為100Bq/L，在30天后某采樣點的濃度為12.5Bq/L，計算該采樣點與污染源的距離大約是多少（假設(shè)污染物的遷移符合簡單擴散模型）？（）A.1000米B.2000米C.3000米D.4000米8、核輻射探測是核科學(xué)與技術(shù)中的重要內(nèi)容。在對放射性物質(zhì)進行測量時，常用的探測器有氣體探測器、閃爍探測器和半導(dǎo)體探測器等。假設(shè)需要測量低能γ射線的強度，以下哪種探測器更為合適？是蓋革計數(shù)器、碘化鈉閃爍探測器、正比計數(shù)器還是硅半導(dǎo)體探測器？（）A.蓋革計數(shù)器B.碘化鈉閃爍探測器C.正比計數(shù)器D.硅半導(dǎo)體探測器9、在核反應(yīng)堆的燃料管理中，需要優(yōu)化燃料的裝載和換料方案。假設(shè)一個壓水堆的燃料循環(huán)，以下關(guān)于燃料管理策略的考慮，哪一項是不正確的？（）A.合理安排燃料組件在堆芯中的位置，以實現(xiàn)均勻的功率分布B.確定最佳的換料周期，平衡燃料的燃耗和經(jīng)濟性C.燃料管理只需要考慮反應(yīng)堆運行期間的性能，不考慮核廢物的產(chǎn)生D.采用先進的燃料設(shè)計和制造技術(shù)，可以提高燃料的利用率和安全性10、核輻射探測是核科學(xué)中的重要手段之一。某實驗室使用蓋革計數(shù)器來測量放射性樣品的輻射強度。蓋革計數(shù)器通過氣體電離產(chǎn)生脈沖信號來計數(shù)。已知該計數(shù)器的探測效率為50%，對一個每秒發(fā)射1000個粒子的放射性源進行測量，計數(shù)器顯示每秒計數(shù)400次。如果對另一個未知強度的放射性源進行測量，計數(shù)器顯示每秒計數(shù)600次，那么這個未知源的實際發(fā)射粒子數(shù)大約是每秒多少個？（）A.1200B.1500C.1800D.200011、核技術(shù)在工業(yè)無損檢測中有著廣泛的應(yīng)用。例如，利用X射線或γ射線對金屬部件進行探傷。已知一種金屬部件內(nèi)部存在微小裂紋，以下哪種射線的穿透力更強，更適合檢測較厚部件的內(nèi)部缺陷？（）A.X射線B.低能γ射線C.高能γ射線D.以上穿透力相同12、核科學(xué)中的核反應(yīng)截面是描述核反應(yīng)發(fā)生概率的重要參數(shù)。對于給定的核反應(yīng)，反應(yīng)截面的大小與哪些因素有關(guān)？（）A.入射粒子的能量B.靶核的性質(zhì)C.反應(yīng)產(chǎn)物的狀態(tài)D.以上都是13、在核醫(yī)學(xué)成像中，正電子發(fā)射斷層掃描（PET）技術(shù)基于正電子與電子的湮滅產(chǎn)生的γ射線。已知正電子的能量為0.511MeV，與電子湮滅后產(chǎn)生兩個方向相反、能量各為0.511MeV的γ射線。若探測器在某一角度檢測到一個γ射線，計算另一個γ射線在相反方向上被檢測到的時間差上限（考慮光速為3×10^8m/s）：（）A.1.7×10??sB.2.1×10??sC.2.5×10??sD.2.9×10??s14、在核反應(yīng)堆的熱工設(shè)計中，需要考慮多種熱傳遞方式。關(guān)于核反應(yīng)堆中的熱傳遞過程，以下哪項描述是不準確的？（）A.燃料芯塊內(nèi)部主要通過熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞到表面B.冷卻劑與燃料包殼之間的傳熱主要是對流換熱，其換熱系數(shù)與流速等因素有關(guān)C.反應(yīng)堆內(nèi)部的熱量傳遞還可能涉及輻射換熱，但其作用通常較小D.核反應(yīng)堆中的熱傳遞過程是簡單的一維傳熱，不需要考慮三維空間的溫度分布15、核技術(shù)在航天領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。假設(shè)我們使用放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（RTG）為航天器提供能源，那么RTG的工作原理是什么？如何選擇合適的放射性同位素燃料？RTG在太空環(huán)境中的可靠性和安全性如何保障？其在未來深空探測任務(wù)中的發(fā)展趨勢怎樣？（）A.基于熱電轉(zhuǎn)換，考慮能量密度，進行嚴格測試，具有廣闊前景B.依靠輻射發(fā)電，依據(jù)使用時長，加強防護措施，面臨諸多挑戰(zhàn)C.憑借熱能利用，按照功率需求，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，有待進一步研究D.以上均不正確16、核技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。關(guān)于放射性同位素示蹤技術(shù)在水污染監(jiān)測中的應(yīng)用，以下哪項說法是不正確的？（）A.向水體中投放特定的放射性同位素標記物，通過檢測其在水中的分布和遷移，可以了解水流運動和污染物擴散情況B.放射性同位素示蹤技術(shù)具有靈敏度高、檢測速度快等優(yōu)點，但也存在放射性污染的風(fēng)險C.選擇合適的放射性同位素標記物應(yīng)考慮其半衰期、化學(xué)性質(zhì)和對環(huán)境的影響等因素D.放射性同位素示蹤技術(shù)只能用于實驗室研究，不能用于實際的水環(huán)境監(jiān)測和治理17、核技術(shù)在反恐和安檢領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如放射性物質(zhì)檢測和爆炸物檢測。以下關(guān)于核技術(shù)在反恐和安檢中的應(yīng)用，說法錯誤的是：（）A.利用伽馬射線或中子探測技術(shù)可以檢測隱藏的放射性物質(zhì)B.基于核分析方法可以識別爆炸物的成分和結(jié)構(gòu)C.核技術(shù)在反恐和安檢中的應(yīng)用可能會對人員造成輻射傷害，應(yīng)謹慎使用D.傳統(tǒng)的安檢方法完全可以替代核技術(shù)，核技術(shù)在這方面沒有優(yōu)勢18、核反應(yīng)堆的冷卻劑承擔(dān)著重要的散熱任務(wù)。某新型反應(yīng)堆考慮采用液態(tài)金屬鈉作為冷卻劑，鈉的比熱容為1230J/(kg·K)，流量為1000kg/s，在反應(yīng)堆中吸收的熱量使鈉的溫度從300°C升高到500°C。計算鈉在該過程中吸收的熱量：（）A.2.46×10^8JB.2.46×10^9JC.2.46×10^10JD.2.46×10^11J19、在核物理實驗中，常常需要測量粒子的能量和動量。某實驗中，通過磁場對帶電粒子進行偏轉(zhuǎn)，已知磁場強度為1T，粒子的電荷為1e，軌道半徑為0.5m。計算粒子的動量。A.0.5MeV/cB.1.0MeV/cC.1.5MeV/cD.2.0MeV/c20、在核科學(xué)中，核燃料的循環(huán)是一個復(fù)雜的過程，包括鈾礦開采、鈾濃縮、燃料元件制造、反應(yīng)堆使用以及核廢料處理等環(huán)節(jié)。在鈾濃縮過程中，通常采用的方法是（）A.氣體擴散法B.化學(xué)沉淀法C.離心分離法D.以上都是21、在核聚變研究中，托卡馬克裝置是一種重要的實驗裝置。關(guān)于托卡馬克裝置的工作原理，以下哪項是錯誤的？（）A.托卡馬克利用強磁場將高溫等離子體約束在環(huán)形真空室中，實現(xiàn)核聚變反應(yīng)B.等離子體在磁場中被加熱到極高溫度，使原子核具有足夠的動能克服庫侖斥力發(fā)生聚變C.托卡馬克裝置中的磁場是由外部線圈產(chǎn)生的恒定磁場，不需要進行調(diào)節(jié)D.實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的核聚變反應(yīng)是托卡馬克裝置面臨的主要挑戰(zhàn)之一22、在核聚變反應(yīng)堆中，等離子體的約束是關(guān)鍵問題之一。某實驗裝置采用磁約束的方式來控制等離子體，通過復(fù)雜的磁場位形來限制等離子體的運動。如果磁場的分布不均勻，可能會導(dǎo)致等離子體的不穩(wěn)定和泄漏。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的等離子體約束，需要對磁場進行精確的設(shè)計和控制。假設(shè)等離子體的密度分布不均勻，那么會對磁場的約束效果產(chǎn)生怎樣的影響？（）A.增強磁場的約束作用B.削弱磁場的約束作用C.不影響磁場的約束作用D.可能增強也可能削弱，取決于具體情況23、在核反應(yīng)堆的運行管理中，定期進行維護和檢修是保障安全的重要措施。關(guān)于反應(yīng)堆維護和檢修的內(nèi)容和周期，以下說法錯誤的是：（）A.包括對設(shè)備、管道、儀表等的檢查、維修和更換B.根據(jù)反應(yīng)堆的運行時間、工況和設(shè)備狀況確定檢修周期C.維護和檢修工作可以在反應(yīng)堆運行期間進行，不會影響正常發(fā)電D.檢修后需要進行嚴格的測試和驗收，確保反應(yīng)堆的安全性能24、核科學(xué)中的輻射劑量學(xué)研究輻射對物質(zhì)和生物體的影響。已知某種輻射在組織中的線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.05keV/μm，吸收劑量為2Gy。計算該輻射在組織中產(chǎn)生的平均LET（線性能量傳遞）值約為多少keV/μm？（）A.0.1B.0.2C.0.3D.0.425、在核輻射劑量學(xué)中，準確測量輻射劑量對于評估輻射危害和防護措施的有效性至關(guān)重要。已知一種輻射場的類型和能量分布，若要選擇合適的劑量計，還需要考慮以下哪個因素？（）A.劑量計的測量范圍B.劑量計的響應(yīng)時間C.劑量計的使用環(huán)境D.以上都是26、核技術(shù)在環(huán)境保護方面也有應(yīng)用，例如用于監(jiān)測大氣污染物和水污染。在監(jiān)測水中微量放射性物質(zhì)時，常用的方法是（）A.化學(xué)分析B.光譜分析C.放射性測量D.重量分析27、核技術(shù)在工業(yè)無損檢測中有著重要的應(yīng)用。關(guān)于γ射線探傷，以下哪項描述是不準確的？（）A.γ射線探傷利用γ射線穿透物體時的衰減差異，檢測物體內(nèi)部的缺陷B.γ射線源通常采用鈷-60或銥-192等放射性同位素，具有較強的穿透力C.γ射線探傷操作簡單、檢測速度快，但對操作人員的防護要求較高D.γ射線探傷只能檢測金屬材料的缺陷，對于非金屬材料無法進行檢測28、在核反應(yīng)堆熱工水力分析中，燃料元件的傳熱特性至關(guān)重要。假設(shè)一個壓水堆的燃料元件，以下關(guān)于傳熱過程的描述，哪一項是不準確的？（）A.燃料元件內(nèi)的熱量主要通過熱傳導(dǎo)傳遞到表面B.冷卻劑在燃料元件表面的對流換熱系數(shù)決定了熱量的傳出效率C.燃料元件的形狀和尺寸對傳熱性能沒有明顯影響D.燃料元件表面的污垢和氧化層會增加熱阻，降低傳熱效果29、核反應(yīng)堆的燃料元件在運行過程中會發(fā)生腫脹和變形。某燃料元件初始直徑為10mm，運行一段時間后，直徑增加到11mm。計算燃料元件的直徑膨脹率。A.10%B.15%C.20%D.25%30、核反應(yīng)堆安全是核能利用的關(guān)鍵問題。在考慮核反應(yīng)堆的事故工況時，若發(fā)生冷卻劑喪失事故，以下哪種現(xiàn)象會首先出現(xiàn)，對反應(yīng)堆安全產(chǎn)生重大影響？（）A.燃料元件溫度急劇升高B.壓力殼內(nèi)壓力迅速上升C.中子通量大幅波動D.放射性物質(zhì)泄漏二、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細論述核安全文化的內(nèi)涵和重要性，包括安全意識、安全管理、人員培訓(xùn)等方面。分析如何在核工業(yè)領(lǐng)域培育和強化核安全文化，以預(yù)防核事故的發(fā)生和保障核設(shè)施的安全運行。2、（本題5分）在核醫(yī)學(xué)影像診斷中，除了傳統(tǒng)的成像技術(shù)，還有一些新興的技術(shù)正在發(fā)展，如單光子發(fā)射計算機斷層成像（SPECT）與正電子發(fā)射斷層成像（PET）的融合技術(shù)。請全面論述這些新興技術(shù)的原理、優(yōu)勢和臨床應(yīng)用前景，分析其在腫瘤診斷、心血管疾病診斷等方面的潛在價值。探討如何克服技術(shù)難題，推動其在臨床實踐中的廣泛應(yīng)用。3、（本題5分）深入論述核技術(shù)在環(huán)境放射性監(jiān)測中的方法和技術(shù)。包括空氣、水、土壤、生物樣品等介質(zhì)中放射性核素的采樣、測量和分析方法。分析各種監(jiān)測儀器（如γ譜儀、液閃計數(shù)器、αβ表面污染儀）的工作原理和適用范圍。探討如何建立完善的環(huán)境放射性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，及時發(fā)現(xiàn)和評估放射性污染事件的影響。4、（本題5分）核廢料的處理和處置是核科學(xué)與技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。請深入論述核廢料的分類、特性和危害，包括高放廢料、中放廢料和低放廢料。分析目前主要的核廢料處理和處置技術(shù)，如固化、深埋、嬗變等，并探討如何確保核廢料在長期儲存和處置過程中的安全性，減少對環(huán)境和人類健康的潛在威脅。5、（本題5分）深入探討核科學(xué)技術(shù)在核不擴散與核安保中的應(yīng)用和挑戰(zhàn)，包括核材料的監(jiān)測、核設(shè)施的安保措施和核走私的防范。分析國際核不擴散體系和核安保機制的現(xiàn)狀和問題，探討如何加強核不擴散與核安保工作，維護國際和平與安全。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）核技術(shù)在環(huán)境保護中有著潛在的應(yīng)用，如放射性示蹤技術(shù)用于污染物遷移研究、電子束輻照處理廢水等。請詳細論述這些應(yīng)用的原理和方法，分析其在環(huán)境監(jiān)測和污染治理中的優(yōu)勢和局限性。探討如何推動核技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，同時關(guān)注相關(guān)的環(huán)境風(fēng)險和安全管理問題。2、（本題5分）核反應(yīng)堆的安全殼是防止放射性物質(zhì)泄漏的最后一道屏障。請詳細闡述安全殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能要求，分析其在事故情況下的承受能力和防護作用。探討安全殼的密封性檢測方法和維護措施，以及如何評估安全殼的可靠性和完整性。3、（本題5分）核聚變作為未來能源的潛在解決方案，備受關(guān)注。深入探討核聚變的基本原理，如托卡馬克裝置、慣性