核技术应用习题及答案.pdf

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1、核技术及应用概述 1、什么是核技术？2、广义地说，核技术分为哪六大类？3、核能利用与核武器主要利用的什么原理，其主要应用有哪些？4、什么是核分析技术，其特点是什么？5、什么示放射性示踪技术，有哪几种示踪方式？6、研究植物的光合作用过程是利用的核技术的哪个方面？7、什么是核检测技术，其特点是什么？8、辐射照射技术的定义是什么，辐射交联的聚乙烯有什么优点？9、写出以下核技术应用中所涉及的英文缩写的中文含义：XCT NMR-CT PECT SPECT CST 10、什么是当今产值最大、发展最快的核辐射设备？第一篇 核技术基础知识 1、何谓核素和同位素？2、什么是结合能，什么是比结合能？3、已知 M(

2、1H)=1.007825u,M(n)=1.008665u,M(14N)=14.003074u，14N 的比结合能是多少 Mev?4、已知 M(1H)=1.007825u,M(n)=1.008665u,M(2H)=2.014102u，求氚核的结合能和比结合能是多少 Mev?5、衰变的特点？6、何谓半衰期？7、应用14C 进行考古，已知自然界中为14C/12C10-12，某生物化石中为14C/12C10-15，求其死亡时间？8、什么是韧致辐射？9、什么是康普顿-吴有训效应？10、放射性活度的定义及它的表达式？11、电离辐射的来源有哪些？核能利用与核武器 1、什么是原子核的比结合能？2、裂变反应堆又

3、哪几部分组成？3、试述反应堆的分类？4、说明核电站工作原理？5、什么是有效增值系数或再生系数，什么是临界状态？第二篇 核医学成像技术和仪器 1、核子医学仪器包括哪些？2、国际规定，作为表达组织密度的统一单位 CT 值的计算公式是什么？如果水的吸收系数为 1，空气的吸收系数为 0.0013，空气的 CT 值为多少？3、放射治疗的方法有那三种？4、列举三个射线诊断型仪器？第三篇 核辐射应用仪表 1、密度计和厚度计都用什么放射源发射的射线？2、放射性同位素避雷针的避雷原理与富兰克林避雷针的原理有什么不同？3、核辐射应用仪表的先进性表现在哪些方面？4、说出 3 个 辐射电离式仪表的应用形式？5、辐射探

4、伤常用源有哪些？6、什么是快中子的最佳减速剂？7、中子水分计根据中子源，被测物，和探测器的几何为之分不可分哪几类？8、火灾报警器的原理？第四篇 核辐照技术及应用 1、常用辐照源有什么？2、填写下列辐照食品的剂量？辐照剂量（kGy）辐照效应 抑制发芽 杀虫 抑 止 成 熟及霉烂 延 长 货 架寿命 巴斯德灭菌（加热菌）去污染 3、FAO/WHO/IAEA 对辐照食品制定了一个标准：任何食品的辐照，在平均吸收剂量上限为什么情况下，没有毒理学危害，也不会引起特殊的营养学或微生物学问题？4、辐射保藏技术的优越性是什么？5、医疗用品消毒灭菌的特点是什么？第五篇 放射性示踪技术及应用 1、放射性核素的来源

5、主要有哪些？2、放射性示踪剂的选择要考虑哪些因素？3、许多标记化合物都是以什么为基础制取的？4、迄今,作为商品出售的放射性标记化合物已达约多少种,其中,14C 标记化合物约多少多种,3H 约多少多种？5、放射性示踪技术的特点？6、以什么标记的核药物几乎占临床所用的放射性药物的 80%以上？7、如图所示,0 点为钍射气220Rn 释放点,小闪烁室 a 和 b 的容积为均为 Vc，探测效率均为，计数率分别为CPMa 和 CPMb,2 点至 3 点之间(包含可调容器)的容积为 Vk，220Rn 的衰变常数为，设气体的流动是稳定层流状态，请推导管道流量 Q 测量的表达式？（10 分）8、工业中流率测量

6、常用方法是什么？其优点是什么？9、考古学家某动物化石，设同地质层中之长石内，钾于氩之比例为 90:10，已知钾衰变成氩的半衰期为109年，请由此推算该动物距今多少年？10、放射分析化学方法有哪些？第六篇（1）活化分析技术 1、什么是核分析，分哪几类？2、中子探测的主要方法有哪些？3、什么是（n,）中子活化分析，分哪几步？4、中子活化的中子源主要有哪几类？5、有一样品,用 14MeV 快中子做活化分析,通过16O(n,p)16N(=0.09b)反应,分析其中的16O,但样品中含有19F,亦可通过19F(n,)16N(=0.057b)生成16N,同时知道19F 还可以通过19F(n,p)19O(=

7、0.02b)生成19O。实验中照射样品 300s,冷却 10s，测16N（T1/2）1754 KeV 的射线（分支比为，内转换系数为）60s，得16N 峰面积记数为 1985，再测量19O（T1/2=30s）1356 KeV 的射线（分支比为，内转换系数为）60s，得峰面积记数为 1054。现已知中子通量密度为 5109中子/cm2*s,探测器效率为，19F 丰度 100%，16O 丰度99.7%。请计算样品中16O 含量为多少克?6、中子活化分析中的初级干扰反应如何排除？(2)带电粒子活化分析 1、什么叫 CPAA?2、怎么解决不同元素经照射后生成相同放射性核素，发射的射线能量相同（衰变核素

8、）的干扰？3、带电粒子活化分析中，用反应分析11B(p,n)11C 元素时，存在着干扰反应14N(p,n)11C,怎么消除这个干扰？离子束分析（1）1、离子束分析方法的优缺点？2、RBS 分析中有三个基本点，分别是什么？3、常选用 2-3Mev 的 He 做 RBS 的原因？4、背散射分析对（轻，重）元素基体样品中的（轻，重）元素杂质有较高的分析灵敏度。5、在玻璃碳基体上，用真空喷镀法镀上一层 10nm 厚的 Au（M=197）元素，以 4MeV 的粒子入射，假设在入射和出射路径上的能损均为 10KeV，在散射角为 170 度方向放置一探测器，那么在道宽为 1.6KeV 的多道谱仪中背散射谱中

9、 Au 峰的宽度是多少?离子束分析(2)1、离子束分析方法的优缺点？2、何谓 X 射线荧光分析？3、X 射线荧光分析根据激发源的不同，可分成哪几类？4、粒子诱发 X 射线荧光分析（PIXE）有哪些干扰问题？5、PIXE 定量分析的制靶方法有哪些？6、射线来自于什么跃迁，X 射线来自什么跃迁，由此可见光射线来自于什么跃迁?离子束分析(3)1、什么是核反应分析？分哪三类？2、入射粒子和靶和发生核反应的条件是两者的相对动能必须满足什么条件？3、何谓核反应的产额，它与截面的关系是怎样的？4、已知一种煤灰分仪所用的 2 种放射源是241Am 和60Co，假设皮带空载时探测器输出的241Am 的信号是 I

10、0，输出的60Co 的信号是 I0，I是有煤时探测器输出的241Am 的信号，I是有煤时探测器输出的60Co 的信号，m是碳的质量吸收系数，w是所要测的元素或化合物（灰分）的质量吸收系数，并且假设在中能区质量吸收系数与材料原子序数无关，请推导煤灰分含量的表达式。核效应分析（1）穆斯鲍尔效应分析 1、穆斯鲍尔效应常见的应用方面有哪些？2、穆斯鲍尔实验设备一般应包括哪几部分？3、在透射式穆斯堡尔实验中，对于57Fe 的的射线，四极分裂造成的E=810-8eV，求其对应的穆斯堡尔源运动速度？4、光子能量与原子能级跃迁所发出光子能量的有什么区别？核效应分析（2）正电子湮没技术 1、正电子的来源有哪些？

11、2、什么叫正电子湮灭过程？3、射线与原子核作用可能产生一对正负电子的条件是什么？4、正电子与电子湮灭时，主要时产生双射线的发射，这两个射线有什么特点？5、何谓正电子湮灭率（）？6、正电子湮没的实验方法与哪些？7、正电子湮灭技术的应用有哪些？超灵敏质谱分析 1、MS 和 AMS 分别是什么？2、EI 源的特点？3、离子源分哪几类？4、质谱分辨率的表达式是什么，它与什么有关？5、这些英文缩写的中文含义分别是什么？CPAA RBS PIXE MOSSBARER AMS 习题答案 核技术及应用概述 1、核技术是以核物理、核武器物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和辐射与物质相互作用为基础，以加速器、反应

12、堆、核武器装置、核辐射探测器和核电子学为支撑而发展起来的综合性现代技术学科。2、广义地说，核技术可分为六大类：核能利用与核武器、核分析技术、放射性示踪技术，辐射照射技术、核检测技术、核成像技术。3、主要是利用核裂变和核聚变反应释放出能量的原理，开发出能源或动力装置和核武器，主要应用有：核电站、核潜艇、原子弹、氢弹和中子弹。4、在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探测技术、粒子加速技术和核物理实验方法的一大类分析测试技术，统称为核分析技术。特点：1.灵敏度高。比如，可达百万分之一，即 10-6，或记为 1ppm；甚至可达十亿分之一，即 10-9，或记为1ppb。个别的灵敏度可能更高。2.准

13、确。3.快速。4.不破坏样品。5.样品用量极少。比如，可以少到微克数量级。5、定义：应用放射性同位素对普通原子或分子加以标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量技术研究被标记物所显示的性质和运动规律，揭示用其他方法不能分辨的内在联系，此技术称放射性同位素示踪技术。有三种示踪方式：1)用示踪原子标记待研究的物质，追踪其化学变化或在有机体内的运动规律。2)将示踪原子与待研究物质完全混合。3)将示踪原子加入待研究对象中，然后跟踪。6、放射性示踪 7、核检测技术:是以核辐射与物质相互作用原理为基础而产生的辐射测量方法和仪器。特点：1）非接触式测量；2）环境因素影响甚无；3）无破坏性：4）易于实现多个参数同

14、时检测和自动化测量。8、辐射照射技术：是利用射线与物质的相互作用，将物质置于辐射场中，使物质的性质发生有利改变的技术。辐射交联的聚乙烯有什么优点：热收缩、耐热、机械强度大为提高、耐有机溶剂、不易被溶解、电绝缘性能很好，且不怕潮湿。9、X 射线断层扫描(XCT)、核磁共振显像仪(NMR-CT)、正电子发射显像仪(PECT)，同位素单光子发射显像仪(SPECT)和康普顿散射显像仪(CST)；10、核医学是当今产值最大、发展最快的核辐射设备。第一篇 核技术基础知识 1、具有确定质子数和中子数的原子核称做核素。质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。2、结合能是质子和中子结合构成原子核时所释放的能量。

15、5、衰变特点：（1）从原子核中发射出光子（2）常常在 a或衰变后核子从激发态退激时发生（3）产生的射线能量不连续（4）可以通过测量光子能量来鉴定核素种类类别 6、一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间。7、t=1ln0NN=1/22LnT带入数据推出 t=46758 年 8、高速带电粒子通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧减速，一部分能量以光子的形式辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。9、当光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将部分能量传给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，该电子称康普顿吴有训电子，而使物质电离。光子本身能量减少又改变了运动方向。当光子的能量为时，

16、该效应比较明。10、定义：放射性核素在单位时间(dt)内发生核衰变的数目(dN)A=dN/dt 单位：SI:Becquerel(Bq)1Bq=1s-1 居里1010Bq 11、1)放射性物质(人造 天然)2)加速器 3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境 核能利用与核武器 1、原子核的比结合能：原子核的比结合能是该原子核中每个核子的平均结合能，也就是该原子核的总结合能B(Z,A)被质量数A除，即 B(Z,A)A2、反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。3、按能谱分有：由热能中子和快速中子引起裂变的热堆和快堆；按冷却剂分有：轻水堆，即普通水堆（又

17、分为压水堆和沸水堆）、重水堆、气冷堆和钠冷堆。按用途分有：（1）研究试验堆：是用来研究中子特性，利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究；（2）生产堆，主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239；（3）动力堆，利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。4、核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。5、是此代裂变产生的中子总数与前一代裂变产生的中子总数的比值。用K表示，K1 时为临界

18、状态。第二篇 核医学成像技术和仪器 1、诊断型仪器：X 射线透视，X 射线摄影，X-CT,SRECT,PET，相机，NMRI。治疗型仪器：X 射线治疗机，快中子治疗仪，X-刀和-刀 2、计算公式：1000()CTH组织水水值 空气的 CT 值为：-1000 3、放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。4、心脏功能仪 PET SPECT 第三篇 核辐射应用仪表 1、137Cs 和 60Co 2、不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量的电离，主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。3、（1）非接触式测量 （2）环境因素对

19、核辐射的来源无影响（3）实现在线测量（4）静电消除器（5）能实现同时多个参量测量 4、静电消除器 烟雾报警器 避雷针 5、137Cs、60Co、192Ir、241Am 6、氢 7、分为：插入式，透射式和散射式 8、原理为：放射性同位素的原子核在无外界作用下能自发地发生衰变，变成另一种原子核，同时放出射线、射线或射线等。前两种射线都带电，并且具有较高的能量，所以能将空气电离成正负离子而逐渐消耗自身的能。由于烟雾进入电离空间时，吸附了某些离子，使离子迁移速度明显变慢。据此，就可以做成离子感烟探头。离子感烟探头与控制电器装置相配合，构成了火灾自动报警仪器。第四篇核辐照技术及应用 1、常用辐照源：钴-

20、60，铯-137,电子加速器，同步辐射 2、辐照剂量（kGy）5-10 辐照效应 抑制发芽 杀虫 抑 止 成 熟及霉烂 延 长 货 架寿命 巴斯德灭菌（加热菌）去污染 3、10 kGy 4、优越性为：（1）射穿透能力强（2）适用性广（3）辐射处理是一种冷加工技术（4）节省能量（5）无化学残毒（6）大大延长产品的保质期？5、（1）射穿透能力强（2）适用性广（3）辐射处理是一种冷加工技术（4）节省能量（5）无化学残毒（6）大大延长产品的保质期 第五篇 放射性示踪技术及应用 1、(1)反应堆生产 （2）加速器产生 （3）母牛法 2、（1）放射性半衰期（2）放射性比活度（3）辐射类型和能量（4）放射性

21、核素的纯度（5）放射性核素的毒性（6）示踪剂的生物半衰期 3、14C 和3H 4、1000；600；300 5、（1）灵敏度高（2）放射性比活度（3）测量简便、易分辨（4）合乎生理条件（5）能定位 6、99Tcm 7、各点浓度为：220Rn 在小闪烁室 a 和 b 中的衰变率为：ThA(216Po)的半衰期(0.16 秒)很短，可以认为220Rn 连续发射 2 个粒子，则小闪烁室 a 和小闪烁室 b测到的计数率为：小闪烁室 a 和小闪烁室 b 测到的计数率比值为：所以气体流量 8、放射性示踪技术 优点是测量准确度与速度分布无关 9、由于 =ln2/T1/2 109ln2)108(年)108年。

22、10、（1）同位素稀释法 （2）放射分析法 第六篇（1）活化分析技术 1、核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料成分和结构的方法。分类 1）活化分析 中子活化分析 带电粒子活化分析 2）离子束分析 卢瑟福背散射分析 沟道技术分析 核反应分析 粒子诱发 x 荧光分析 3）核效应分析 穆斯堡尔效应分析 正电子淹灭技术 扰动角关联 核磁共振 4）超灵敏质谱分析 2、1）核反应法：产生带电粒子，对物质产生电离；2）核反冲法：中子与核弹性碰撞，反冲核能量耗于电离；3）核裂变法：裂变碎片能量耗于电离，产生脉冲；4）激活探测法:中子照射物质,使

23、其部分变为放射性元素。3、定义：用中子照射稳定核素，稳定核素吸收中子变成放射性核素，发射射线，测量射线的能量和强度可以得知原来稳定核素的元素名称和含量。步骤：1）样品 2）辐照 3）放射性测量 4）结果评价 4、主要有：同位素中子源 加速器中子源 反应堆中子源 5、解：16O16N 和19F16N 的16N 的总计数 1985 19F19O 的19O 的计数 1054 由19O 计数求得19F 含量，从而求出19F 对16N 计数的贡献，从16N 计数 1985 中减去19F 对16N 计数的贡献，则是由16O 生成的16N 的计数，从而可以求出16O 的含量，由公式 带入相关的数据可求出 W

24、F10-4克 则由10-4克19F 生成的16O 计数 N=带入数据得 N=982 1985-982=1003 则16O 含量 WO带入相关数据得出为：WO10-4克 6、样品的元素分离 用纯热中子，增大（n,）反应 由反应阈能改变中子能量 通过另外的核反应，测定干扰元素含量 (2)带电粒子活化分析 1、具有一定能量的带电粒子于物质中的原子核发生核反应时，如果反应的剩余核是放射性核素，则测量这放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量。这种元素分析方法称为带电粒子活化分析（记为 CPAA）。2、根据半衰期，增加辐照后的冷照时间 t.3、需根据阈能，改变入射粒子的能量来消除

25、。离子束分析（1）1、优点：灵敏度高、分析时间短、不破坏样品、分析范围广和取样量少等优点，因此特别适用于痕量元素的分析 缺点：设备复杂、成本较高 2、（1）运动学因子 质量分析（2）背散射微分截面含量分析（3）能损因子 深度分析 3、1)此 E 范围内，不会有核共振 2)散射截面遵循卢瑟福公式 3)探测器对4He+的能量分辨好 4)4He+离子的数据比较齐全，便于数据分析 5)计算化合物样品中能损的布拉格法则，在这能区也适用 6)对大多数小型加速器，很容易提供4He 离子束，且能量多数在 2Mev 左右 4、轻、重 E1=E0k=4 E2=(4-0.01)=3.6708 Mev E=E1-E2

26、 =3.69Mev-3.6708 Mev 12 道 离子束分析(2)1、（1）同步辐射激发（2）放射性同位素激发（3）光子激发（4）电子激发（5）离子激发 2、确定物质中微量元素的种类和含量的一种方法。它用外界辐射激发待分析样品中的原子，使原子发出标识 X 射线（荧光），通过测量这些标识 X 射线的能量和强度来确定物质中微量元素的种类和含量。3、（1）带电粒子激发 X 荧光分析（2）电磁辐射激发 X 荧光分析（3）电子激发 X 荧光分析 4、（1）入射粒子的韧致辐射的干扰（2）射线的康普顿散射的干扰（3）二次电子韧致辐射的干扰 5、灰化法；硝化法；蒸发干燥法；化学提取法等 6、核内；内层电子；

27、外层电子 离子束分析(3)1、定义：利用核反应测定样品表层的含量及深度分布的一种分析方法。用带电粒子、中子和射线都可以引起核反应，在核反应分析中通常利用加速器产生的具有一定能量的离子束轰击样品，离子同样品中待分析的核发生核反应，测量反应过程中瞬发放出的反应产物(出射粒子)，就可以实现元素定量分析。分类：(i)带电粒子活化分析(ii)瞬发辐射分析(PRA)(iii)共振反应分析 2、入射粒子和靶和发生核反应的条件是两者的相对动能必须满足：3、定义：入射粒子在靶中引起的核反应数与入射粒子数之比。即一个入射粒子在靶中引起核反应的几率称为核反应的产额 产额与截面的关系：截面大产额高。他们的不同之处在于

28、，截面仅仅与反应本身有关，而与靶的状态无关，即靶核的多少，截面都相同。产额除了与截面有关外，还与靶核的多少及物理状态有关。在核反应分析方法中，为了能定量的测量，产额是一个很重要的量。4、解：重质量吸收系数 ut=uwcw+umcm 其中cw为灰分含量，cm为碳的含量 cw+cm=1 所以 ut=uwcw+um（1-cw）(1)对60oc01lnIxI 对241mA01lnIxI 令00lnlnuIIRII 由（1）式可得：()wmwmc；()wmwmc 推出：()()wmwmuwmwmcRc 整理可得：()()mmwwmwmRcR 考虑到中能区质量吸收系数与原子序数无关有：0wm 所以()mm

29、wwmRc/()核效应分析（1）穆斯鲍尔效应分析 1、核物理；固体物理；化学领域；生物领域；考古，环境 2、（1）穆斯堡尔源（2）驱动系统（3）吸收体（4）探测器和其他附属设备 3、解：由E=Ev/c 所以 v=Ec/E=810-83108103)10-3 4、前者在 keV 到几十 MeV 之间,而后者在 eV 到 keV 范围内。核效应分析（2）正电子湮没技术 1、放射性核素的正+衰变；宇宙射线中的正电子 2、正电子进入物质在短时间内迅速慢化到热能区,同周围媒质中的电子相遇而湮没。正电子与电子相遇，两者同时消失而产生射线的过程成为正电子湮灭过程。3、E1.02 MeV 4、严格的同时性和其

30、直线性：两个射线的能量完全相等（为 511 keV），发射方向完全相反。5、高能正电子与介质原子周围的电子单位时间内产生湮灭的几率。的倒数即正电子的平均寿命。6、1)正电子湮没寿命谱；2)正电子湮没辐射角关联谱；3)多普勒展宽谱；4)慢正电子束技术 7、1）正电子湮灭技术现在已发展成为物理学家、冶金学家、生物学家和医生们的得力研究工具之一。2）被研究的物质形态及其发展，包括金属、离子化合物、共价绝缘体化合物，半导体的高分子化合物，也包括固体的单晶、多晶、非晶体、液晶和生物膜等等。3）正电子与物质相互作用，对于电子非常敏感，可用来研究物质结构方面的问题，如空位、空位团、位错以及微空洞和多种色心等

31、原子尺度范围的缺陷。4）由于慢正电子的入射动能很低，这项技术可用来研究固体纯真表面的电子态和结构缺陷，已成为表面物理学的一种重要研究手段。5）医生们应用放射性正电子同位素，对药物作用于人体的过程予以示踪，一旦药物到达某一器官，探测湮灭产生的两条射线就能准确地被查出。超灵敏质谱分析 1、超灵敏质谱分析加速器质谱分析 2、电离效率高,灵敏度高；应用最广，标准质谱图基本都是采用 EI源得到的；稳定，操作方便，电子流强度可精密控制；结构简单，控温方便；3、Electron Ionization(EI)源化学电离源 场致电离源（FI）4、质谱分辨率=MM 分辨率与选定分子质量有关 5、CPAA：带电粒子活化分析 RBS：卢瑟福被散射分析 PIXE：粒子诱发 x 射线荧光分析 MOSSBARER：穆斯堡尔效应 AMS：加速器质谱分析