2025年大学《物理学》专业题库—— 核物理学中的核反应动力学.docxVIP

2025年大学《物理学》专业题库——核物理学中的核反应动力学

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、填空题（每空3分，共15分）

1.在核反应过程中，反应前后系统的总质量数守恒，总电荷数守恒。若入射粒子质量数为A1，电荷数为Z1，靶核质量数为A2，电荷数为Z2，产物质量数为A3、A4，电荷数为Z3、Z4，则该核反应可以表示为：______+______→______+______。反应能Q的定义为：Q=(入射粒子+靶核的静止能)-(产物1+产物2的静止能)，当Q0时，该反应为______反应；当Q0时，该反应为______反应。

2.核反应截面是描述单位入射粒子通量下发生核反应概率的物理量。其国际单位制单位为______，常用的非SI单位为______。1barn(b)=______m2。若入射粒子在单位通量下与单位面积靶物质发生反应的次数为N，入射粒子通量为Φ，靶物质密度为ρ，核子数密度为N，则宏观截面σ_m=______。

3.在核反应动力学中，描述散射过程的量子力学方法通常用到S矩阵。S矩阵元|S|2的物理意义是______。对于弹性散射，S矩阵元通常可以近似为S=(1+iτ)/(1-iτ)，其中实部1的物理意义是______，虚部τ的物理意义是______，其单位为______。

4.光学模型是描述核子与核子散射（或核子与核）的一种重要模型。该模型将核视为一个具有______和______的“黑匣子”。当入射粒子能量低于某个阈值时，散射行为主要由______主导。

5.核反应率是指单位时间内发生某种特定核反应的次数。对于一个反应，其反应率R可以表示为R=Φσ_m，其中Φ为入射粒子通量，σ_m为______。在反应堆物理中，反应堆的临界状态是指______。

二、选择题（每题3分，共15分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）

1.以下哪个物理量描述的是单位入射粒子、单位时间、单位立体角内与靶核发生反应的概率？

(A)微截面

(B)宏观截面

(C)总截面

(D)反应率

2.对于核反应2?Al+1?Ne→31P+?He，该反应的质量数和电荷数是否守恒？

(A)质量数守恒，电荷数不守恒

(B)质量数不守恒，电荷数守恒

(C)质量数和电荷数都守恒

(D)质量数和电荷数都不守恒

3.在核反应截面随能量变化的曲线中，常常出现峰值，这通常对应于：

(A)弹性散射截面

(B)光学模型势参数发生共振变化

(C)间接反应的发生概率最大

(D)核发生裂变的阈值能量

4.根据玻恩近似，对于低能入射粒子与核的散射，核的散射截面主要由什么决定？

(A)核的半径

(B)核的形状

(C)核的库仑场

(D)入射粒子的种类和能量

5.以下哪种核反应机制通常发生在入射粒子能量非常高的情况下？

(A)复合核反应

(B)直接反应（如库仑散射）

(C)间接反应（如费米散射）

(D)上述所有机制都可能发生

三、计算题（共35分）

1.（10分）在质子与静止的?Be核发生的核反应1H+?Be→12C+α中，测得该反应的阈能为E_θ。若已知质子质量m_p≈1.007825u，?Be核质量m_9Be≈9.012183u，12C核质量m_12C≈12.000000u，α粒子（氦核）质量m_4He≈4.002603u，其中1u=931.5MeV/c2。请计算该核反应的阈能E_θ（MeV）。

2.（12分）一个能量为50MeV的α粒子束垂直入射到厚度为1mg/cm2的锂靶（Li_6）上。已知在50MeV能量下，α粒子与锂核发生弹性散射的微截面σ_el≈30mb（mb=10?2?m2）。假设所有散射都是弹性的，忽略多次散射。请计算：

(1)在50MeV能量下，α粒子垂直射入锂靶时的宏观截面σ_m(el)（单位：cm2/g）。

(2)每个锂核平均散射α粒子的概率（即弹性散射截面与总截面之比，假设总截面约等于弹性散射截面）。

(3)若α粒子通量为1012cm?2s?1，每秒钟有多少α粒子被该锂靶散射？（忽略靶厚对通量的衰减）

3.（13分）考虑一个能量为E入射的质子与一个静止的靶核A发生核反应。其反应截面σ(E)可以近似表示为σ(