2025年大学《核物理》专业题库—— 核反应的实验室模拟与应用.docxVIP

2025年大学《核物理》专业题库——核反应的实验室模拟与应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每题3分，共15分。请将正确选项的字母填在括号内。）

1.在核反应?3Li+α→?Be+n中，释放的能量（Q值）为+4.8MeV。该反应()

A.不会发生，因为Q值小于零

B.一定会发生，因为入射粒子能量足够

C.可能发生，取决于反应截面的大小

D.不会发生，因为生成的?Be不稳定

2.核反应截面σ是描述什么的物理量？()

A.核反应发生的概率

B.入射粒子束流强度

C.靶核的大小

D.反应产物能量分布

3.宏观截面Σ是指？()

A.单个靶核的截面

B.单位体积中所有靶核截面的总和

C.单位面积上靶核的数量

D.反应发生的总概率

4.在核反应实验中，为了减少统计误差，提高测量结果可靠性，通常需要？()

A.使用能量分辨率更高的探测器

B.增加入射粒子束流强度

C.增加测量时间或靶材数量

D.使用更复杂的实验装置

5.蒙特卡洛模拟方法的核心思想是？()

A.解析求解复杂的积分方程

B.利用数值计算方法直接模拟粒子轨迹

C.通过随机抽样和统计方法模拟随机过程

D.对实验数据进行最小二乘法拟合

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上。）

6.核反应截面通常用符号________表示，其国际单位制单位是________。

7.反应Q值为正，意味着该核反应________能量；Q值为负，意味着该核反应________能量。

8.在核反应堆中，中子________反应（填“吸收”或“散射”）是维持链式反应的关键。

9.蒙特卡洛模拟中，描述一个随机变量概率分布的函数称为________函数。

10.核医学中，利用放射性同位素进行显像的技术主要有PET和________。

三、简答题（每题8分，共24分。请简要回答下列问题。）

11.简述核反应实验中，使用探测器测量反应产物时，本底扣除的必要性和基本方法。

12.简述蒙特卡洛模拟在核反应堆物理计算中的主要作用。

13.简述核反应截面在辐射防护计算中的作用。

四、计算题（每题10分，共20分。请列出必要的公式和计算步骤。）

14.在一个核反应实验中，使用强度为1×1012个/秒的α粒子束轰击厚度为1cm的?Be靶。已知?Be的宏观截面Σ=5×10??barn/cm2，1barn=10?2?m2。假设所有α粒子均垂直入射且反应无自屏蔽效应。计算每秒发生的?3Li+α→?Be+n反应次数（设反应截面即为宏观截面）。

15.一个核反应的Q值为+8.0MeV。如果入射粒子动能为5MeV，靶核静止，计算该反应的出射粒子动能（忽略库仑势能影响）。

五、论述题（共21分。）

16.论述蒙特卡洛模拟方法在核能利用领域（如核反应堆设计或运行分析）的应用价值，并指出其面临的主要挑战。

试卷答案

一、选择题

1.C

2.A

3.B

4.C

5.C

二、填空题

6.σ,barn(或m2)

7.吸收,输出

8.吸收

9.概率密度

10.SPECT

三、简答题

11.必要性：实验测得的信号通常包含来自核反应的信号和来自其他过程（如散射、探测器自身噪声、环境辐射等）的本底信号。如果不扣除本底，将无法准确测量核反应发生的真实次数或强度，从而影响结果的可靠性。

方法：基本方法包括几何法（测量无靶时信号）、经验公式法（根据本底变化规律拟合）、物理模型法（建立本底产生模型并计算）等。现代常用方法包括使用符合技术选择特定反应道、利用数据拟合软件进行高级扣除等。

12.蒙特卡洛模拟在核反应堆物理计算中的主要作用包括：

*反应率计算：模拟中子在堆内各种核反应（裂变、吸收、散射等）的过程，计算反应堆各处的中子注量、反应率分布，为反应堆临界性、安全性和经济性分析提供基础数据。

*动力学模拟：模拟反应堆在功率变化时的中子数、能量分布随时间的变化，研究反应堆的启动、停堆、事故工况下的动态行为。

*输运理论验证：通过模拟中子在介质中的输运过程，验证和发展中子输运理论。

*复杂几何处理：有效处理反应堆复杂的几何结构和材料分布，这是解析方法难以胜任的。

*不确定性分析：