2025年大学《核物理》专业题库- 核物理学在地下水资源管理中的贡献

2025年大学《核物理》专业题库——核物理学在地下水资源管理中的贡献考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.在利用土壤氡析出率探测地下水位的核方法中，影响氡析出率的主要环境因素不包括：A.土壤类型与渗透性B.地下水位埋深C.土壤温度D.大气相对湿度2.根据放射性衰变定律，放射性核素的活度随时间衰减。下列关于衰变常数（λ）和半衰期（T½）关系的描述，正确的是：A.衰变常数越大，半衰期越长B.衰变常数越小，半衰期越长C.衰变常数与半衰期无关D.衰变常数的单位是年，半衰期的单位是秒3.在进行地下水氡浓度监测以评价水位变化时，通常发现氡浓度峰值出现时间滞后于水位变化。造成这种现象的主要原因是：A.氡在土壤中扩散缓慢B.地下水渗流过程中氡被吸附C.氡从地下水中析出到大气中需要时间D.监测仪器响应滞后4.若要测定地下水的“古水”年龄，最常选用示踪的放射性同位素是：A.氚-氚(³H)B.碳-14(¹⁴C)C.氡-222(²²²Rn)D.铯-137(¹³⁷Cs)5.利用放射性同位素进行地下水示踪时，选择示踪剂的主要依据之一是：A.示踪剂的半衰期必须非常长B.示踪剂在地下环境中的化学形态必须保持不变C.示踪剂的放射性强度必须尽可能低D.示踪剂的原子量必须与水中其他离子相近二、填空题1.利用盖革-米勒计数器测量氡浓度时，通常需要配合使用______和______来减少本底计数和干扰。2.放射性氡气（²²²Rn）主要通过其母体元素______的______衰变而产生。3.核技术在地下水管理中，除了用于探测水位和监测动态，还可以用于______和______。4.进行氡析出率测量时，常用的方法有______法和______法。5.若地下水中含有天然放射性核素铀（²³⁸U）和钍（²³⁴Th）及其衰变链产物，通过测量水中总α放射性或伽马能谱，可以评估地下水的______水平。三、简答题1.简述利用土壤氡析出率探测地下水位的原理。2.简述影响地下水中氡浓度的主要因素。3.与其他地下水年龄测定方法（如氚法）相比，碳-14法测定地下水年龄的适用范围有何局限性？四、计算题假设某地地下水位埋深为10米，土壤为砂壤土，温度为25℃。通过现场测量，在无地下水活动影响下（参考值），土壤表面氡析出率为5Bq/m²/h。当地下水位上升至埋深5米时，测量得到土壤表面氡析出率为30Bq/m²/h。请估算该处地下水位上升引起的氡析出率增加百分比。已知该土壤类型在无水时的有效扩散系数约为1.0×10⁻⁸m²/s。五、论述题论述核技术（如氡测井、氡浓度监测、放射性同位素示踪等）在地下水污染调查与监测中的主要应用途径及其优势。试卷答案一、选择题1.D2.B3.C4.B5.B二、填空题1.氡室；抽气泵（或抽气装置）2.铀系；衰变3.水资源勘查；污染监测4.稳定氡法；活性氡法5.放射性三、简答题1.解析思路：探测地下水位变化会引起土壤中水分含量和气体运移路径的改变，进而影响土壤表面氡气的析出。当地下水位上升时，土壤中的水分增多，溶解的氡气增加，同时水分扩散能力增强，有助于氡气从土壤深处向地表运移，导致氡析出率升高。通过测量土壤表面的氡析出率，可以反推地下水位的埋深变化。2.解析思路：影响地下水中氡浓度的因素主要包括：①地下水本身的放射性背景（水中铀、钍含量）；②地下水的补给来源和路径（不同来源水的放射性成分不同）；③地下水流速和方向（影响水中氡的积累或流失）；④水-岩相互作用（铀、钍在流动过程中可能被吸附或释放）；⑤水的温度（影响氡的溶解度及扩散）。3.解析思路：碳-14法主要适用于测定较老地下水（如年龄大于数千年）的年龄，因为它依赖于大气中的碳-14通过光合作用进入生物圈，再通过水循环进入地下水。对于年龄较年轻的地下水（如几十年到几百年），水中碳-14的含量与大气平衡或初始值差异较小，难以准确测定。此外，地表水或土壤中碳-14的富集也可能对地下水测定造成干扰。四、计算题解析思路：首先计算水位上升前后的氡析出率增加值，然后用增加值除以初始值，再乘以100%得到百分比。需要利用菲克定律或相关经验关系式估算水位变化对有效扩散系数或土壤-水界面有效厚度的影响，进而估算氡浓度变化。这里采用简化的比例关系估算。增加值=30-5=25Bq/m²/h增加百分比=(增加值/初始值)×100%=(25/5)×100%=500%五、论述题解析思路：论述应包含核技术在污染调查与监测中的具体应用方法及其优点。①氡测井：通过测井剖面了解地下水污染羽的垂向分布和水平展布，探测污染体的范围和形态。优点是连续、直观、可获取三维信息。②氡浓度监测：通过定点或连续监测氡浓度变化，可识别污染羽的迁移路径和速度，并进行动态预警。优点是方法相对简单、快速、灵敏。③放射性同位素示踪：利用短半衰期示踪剂（如氚）或长半衰期核素（如铯-137）标记污染物，追踪其在地下水中的迁移轨迹和扩