核技术应用试卷B答案

核技术应用试题（B卷）

考试时间：90分钟

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一、β射线与物质相互作用会发生哪些现象？（10分）

β粒子实际上就是电子（包括正电子和负电子），它是在核衰变过程中从原子核内发射出来的高速电子。能量一般在４ＭeV以下。在这样的能量范围内，β射线与物质相互作用的主要形式为激发、电离、散射和发生次级辐射等。速度越大，比电离值反而越小。快速电子电离空气一个离子对所需能量约为32.5eV.由于大角度散射和小角度散射的多次发生，将会导致反散射。次级辐射包括β粒子在原子核库仑场下发出轫致辐射，还有原子电离后产生的特征射线和原子激发发出的荧光。

二、反应堆和加速器生产放射性核素的主要特点有哪些？（10分）

反应堆生产放射性核素特点：利用反应堆内大量的中子与靶作用通过（n,γ）,(n,f),(n,p),(n,α)等核反应生成，因富含中子，一般具有β-放射性和γ放射性；生成产物与裂变核素及其它多种核素常常混在一起，分离较复杂。由于中子裂变核素反应截面大，故生产量大，成本不高，尤其适合于中等核以上的放射性核素生产。

加速器生产放射性核素的特点：带电粒子核反应的库仑势垒高，适于制备轻元素的放射性核素，这些核素通常（n,γ）反应截面小，不能通过反应堆有效获得。所生成的放射性核素因是贫中子，多β+或电子轨道俘获（EC）衰变，且较单一，通常不伴随其它带电粒子的发射。生成的放射性核素一般与靶核不是同一元素，故易于化学分享，制得高比活度或无载体的放射性核素。

三、什么是X射线荧光分析？为何它是目前最广泛的核分析方法？有什么缺

点？（15分）

X射线荧光分析即是利用初级X射线光子或其他粒子激发待测样品中的原子弹，使之产生荧光而进行物质成分分析和化学形态研究的方法，一般指波长为0.001～50nnm的电磁辐射。

X射线荧光光谱法具有以下特点：

1）分析的元素范围广，从原子序数11的Na到92的U均可测定；

2）荧光X射线谱线简单，相互干扰小，样品不必分离，分析方法比较简便；3）分析浓度范围较宽，从常量到微量都可分析，重元素的检测限可达到1×106；

4）可用于样品的无损分析，且快速、准确、自动化程度高。

另外，由于设备造价低，应用较早，技术成熟，使之成为目前最广泛的核分析方法。

对于生基体上的轻元素分析较为困难，对于序号很小的元素不能分析，不能给出同位素含量。

四．试说明中子治疗机工作原理（10）

将中子俘获截面大的核素引入亲肿瘤药物，注射到或服入肿瘤患者体内，待药物富集于肿瘤组织后，用中子束照射肿瘤部位引进中子俘获反应，核反应产生的次级辐射及反冲核对肿瘤细胞起杀伤作用，这种治疗癌症的方法称为中子俘获治疗（NCT），这是肿瘤放射治疗的一种。利用10B作靶向核素，称为BNCT. BNCT核反应产物α粒子和反冲核7Li具有很高的动能和LET，射程约为数微米，与细胞的尺寸相当。若癌细胞中有一个10B核发生上述中子俘获反应，该细胞就会被杀死，而不会伤及邻近细胞。

五．试简述托克马克主要结构及工作原理（15分）

托卡马克装置是在环形真空反应室内造成两个磁场，一个是由反应室外面的通电线圈产生的非常强的沿环形轴线的轴向磁场；另一个是由变压器线圈的脉冲电流在等离子体中激发的强大感应电流（可达百万安培）产生的圈向磁场。圈向磁场对等离子体产生箍缩压力，使之约束在环内，且能提高粒子密度。等离子体被约束在在反应器环形室内，无休止地沿磁力线旋进。强大的感应电流通过等离子体时，还能起到加热作用，这有利于核聚变反应的实现和维持。由于托卡马克类型装置采用的脉冲电流加热，而单靠欧姆加热是不可能达到聚变温度的，因此必然要发展大功率的辅助加热和非感应电流驱动。此外，还必须防止约束等离子体的磁流体不稳定而产生的等离子体破裂现象。为此，人们托卡马克类型装置形状及加热材料等进行了改进。随着托卡马克装置规模加大、脉冲拉长，全面使用超导磁体是必然的选择。超导技术成功用于托卡马克强磁场的线圈上是受控热核聚变能研究的一次重大突破。

聚变反应有很多种，较易实现的有以下几种，并均已在实验室中观察到放能现象：3

4

34

64

74

3.25

4.00

17.6

18.3

222.4

217.3

D D He n MeV

D D T p MeV

T D He n MeV

He D He p MeV

Li D He MeV

Li p He MeV

+→++

+→++

+→++

+→++

+→+

+→+

氢的同位素氘（D）、氚（T）发生核聚变反应时瞬间释放出大量的热，聚变反应能在人工控制下缓慢、持续地发生，并把所释放的能量转化为电能输出。这种人工控制下发生的核聚变过程被称为受控核聚变。

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六．中子活化分析中的初级干扰反应如何排除？（10分）

将样品中欲分析元素同干扰元素分离

用纯热中子，增大欲分析核素（n,γ）反应

由反应阈能改变中子能量，使得干扰元素不能发生（n,γ）反应

通过另外的核反应，测定干扰元素含量，然后要原来的反应计数中扣除相应干扰元素的计 数。 七．这些英文缩写的中文含义分别是什么？ CPAA ， RBS ， PIXE ， MOSSBARE ， AMS （10分）

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

八． 试说明BNCT 工作原理及其基本特点（20分）

BNCT （Borton Neutron Capture Therapy ）中文含义是硼中子俘获治疗，是目前世界最先进的癌症治疗方法之一。

在所有目前可以列举的放射治疗方法中，BNCT 具有其它放疗所不具备的突出优点。主要表现在：中子的穿透性比质子和重离子好，容易实现深部癌症治疗；BNCT 用的是低能中子，与快中子治疗相比，低能中子对人体正常细胞的伤害要小得多；发挥治疗作用的α粒子和7Li 重离子具有局域性好的特点；药物的选择性提高了BNCT 治疗癌症方面的优势；对无原发肿块的癌症有潜在的治疗能力等。

BNCT 的基本原理

将含10B 元素的BNCT 药物注射到人体中，药物对肿瘤的选择性越高约好，每克肿瘤组织达到30μg 的10B ；由加速器产生的中子源经慢化后变为1eV －1keV 范围内的超热中子,照射到病变组织,与10B 发生俘获反应,反应方程如下:

1077B+1n 4(1.78MeV)+Li(1.01MeV) (4%)

4(1.47MeV)+Li(0.84MeV)+(0.48MeV) (96%)ααγ→→

产生的4α粒子和 7Li 核的射程都很短,分别为5μm 和8μm, 它们能有效地杀死癌细胞,而对周围正常细胞损伤很小。

一个理想的BNCT 中子源应具备下列性质:

源的主要成分是1eV 到10keV 的中子；

源在病人辐照区的通量大于或等于109量级也即在一个小时内可将总量约1012的中子注入病灶；

源的快中子成分足够低；

源的γ射线成分足够低；

源的方向性足够好。