2025年大學《核物理》專業(yè)題庫——核技術在食品工業(yè)中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.放射性同位素衰變過程中，原子核釋放出β粒子，其實質(zhì)是原子核內(nèi)部一個中子轉化為了一個質(zhì)子，同時釋放出一個______和一個反電子中微子。2.國際單位制中，吸收劑量的單位是______，其符號為______。3.利用γ射線束穿透食品進行內(nèi)部檢測的方法，主要依據(jù)的是γ射線具有較強______的能力。4.輻照食品的主要目的是利用放射線的______作用殺滅食品中的微生物，從而延長保質(zhì)期。5.在食品工業(yè)中，放射性同位素______常被用作示蹤劑，研究食品成分的遷移轉化規(guī)律。6.根據(jù)國際原子能機構（IAEA）的分類，單次接受高于5戈瑞的輻射暴露屬于______劑量水平。7.輻照育種利用輻射誘變產(chǎn)生的______來改良作物品種，以期獲得優(yōu)良性狀。8.食品輻照加工中，輻照劑量通常用______（kGy）來表示，它是指吸收劑量率與輻照時間的乘積。9.核輻射對食品品質(zhì)的影響包括改變維生素含量、______活性、風味物質(zhì)等。10.能夠測量電離輻射粒子數(shù)的裝置稱為______。二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述α、β、γ三種射線在電離能力、穿透能力方面的主要區(qū)別。2.簡述食品輻照殺菌的原理及其與常規(guī)熱殺菌的主要區(qū)別。3.簡述利用放射性同位素示蹤技術研究食品加工過程中水分遷移的原理。4.簡述食品輻照加工過程中可能對食品營養(yǎng)成分產(chǎn)生的不利影響及其潛在緩解方法。5.簡述進行食品輻照安全評估時，需要關注的主要輻射防護問題。三、論述題（每題15分，共30分）1.論述核技術在食品安全檢測方面有哪些具體應用，并分析其優(yōu)勢。2.結合核物理原理，論述輻照技術在食品保鮮和食品加工（如去核、改良質(zhì)地）方面的應用潛力及面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.電子2.戈瑞，Gy3.穿透4.殺菌5.32P或14C6.急性7.基因突變8.照射總劑量9.酶10.核輻射探測器二、簡答題（每題5分，共25分）1.解析思路：比較α、β、γ射線的來源（衰變產(chǎn)物、β衰變、γ能級躍遷）、電荷、質(zhì)量（或靜止質(zhì)量）、與物質(zhì)相互作用方式（電離能力）、穿透能力。*答案：α射線是氦核流，帶正電荷，質(zhì)量大，電離能力強但穿透能力最弱，一張紙即可阻擋；β射線是電子流（或正電子流），帶負（或正）電荷，質(zhì)量很小，電離能力中等，穿透能力比α強，可穿透幾毫米厚的鋁箔；γ射線是高能光子，不帶電，質(zhì)量為零，電離能力最弱但穿透能力最強，需要厚重的鉛或混凝土屏蔽。2.解析思路：闡述輻照殺菌的機理（電離作用破壞微生物生命活動必需的細胞結構如DNA、酶等），與熱殺菌的機理（高溫導致蛋白質(zhì)變性、酶失活）進行對比，并指出輻照殺菌通常在較低溫度下進行，對熱敏性食品更適用。*答案：食品輻照殺菌的原理是利用放射線（如γ射線、X射線、電子束）的電離輻射能量破壞食品中微生物（細菌、霉菌、寄生蟲卵等）的遺傳物質(zhì)（DNA）結構，使其失去繁殖能力或?qū)е缕渌劳?。同時，電離輻射也能損傷微生物的細胞膜、酶系統(tǒng)等，導致其代謝紊亂而死亡。與常規(guī)熱殺菌相比，輻照殺菌通常在常溫或較低溫度下進行，對食品的熱敏性成分（如維生素、色素、風味物質(zhì)）破壞較小，可以更好地保持食品原有的品質(zhì)。但輻照殺菌是非熱效應，可能對食品品質(zhì)產(chǎn)生其他影響。3.解析思路：解釋示蹤原理（放射性同位素作為示蹤劑，其放射性易于探測），說明如何利用探測到的放射性分布變化來追蹤食品中水分或其他物質(zhì)的遷移路徑和速率。*答案：利用放射性同位素示蹤技術研究食品加工過程中水分遷移的原理是：選擇水分活度較高且易于電離的放射性同位素（如3H即氚，或32P）標記食品中的水分子或結合水，然后通過核輻射探測器監(jiān)測標記水在食品體系中的空間分布隨時間的變化。由于放射性同位素會持續(xù)釋放可探測的射線，因此通過測量不同位置探測到的輻射強度，可以追蹤水分的遷移方向、擴散速率以及在不同組分（如糖、脂肪、蛋白質(zhì)）中的分布情況，從而深入了解水分在食品加工過程中的行為。4.解析思路：列舉輻照可能對哪些營養(yǎng)成分（如維生素，特別是B族維生素、維生素C；氨基酸；脂肪酸）和品質(zhì)相關物質(zhì)（如酶，導致風味改變；色素）產(chǎn)生的不利影響，并提出相應的解決思路（如優(yōu)化輻照劑量、劑量率、包裝材料等）。*答案：核輻射對食品品質(zhì)的影響可能包括：降低某些維生素（特別是水溶性維生素如維生素B1、B2、B6、C）的含量；使食品中某些酶（如脂肪氧化酶）失活，但也可能導致其他酶活性改變；破壞蛋白質(zhì)結構導致質(zhì)地變化；改變脂肪酸組成；可能產(chǎn)生新的風味物質(zhì)或?qū)е略酗L味劣變；可能使食品輕微變色。潛在緩解方法包括：采用盡可能低的輻照劑量和適宜的劑量率；選擇合適的輻照包裝材料以減少氧氣和水分的影響；對輻照后的食品進行適當?shù)陌b和儲存以減少氧化等二次變化。5.解析思路：從個人、食品、環(huán)境三個層面，闡述食品輻照過程中需要重點關注的輻射防護問題，即如何防止工作人員受到過量輻射，如何確保食品不殘留有害放射性，以及如何處理輻照裝置產(chǎn)生的放射性廢物。*答案：進行食品輻照安全評估時，需要關注的主要輻射防護問題包括：①個人劑量限制，確保輻照操作人員和相關工作人員接受的電離輻射劑量遠低于國家規(guī)定的年劑量限值；②食品放射性殘留控制，確保輻照后食品中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)含量低于安全標準，防止對消費者健康造成危害；③環(huán)境防護，防止輻照裝置運行產(chǎn)生的放射性物質(zhì)（如密封源衰變產(chǎn)生的氣體、設備活化產(chǎn)生的物質(zhì)）泄漏到環(huán)境中；④放射性廢物管理，安全處置輻照裝置更換下來的廢舊放射源或產(chǎn)生的放射性廢物。三、論述題（每題15分，共30分）1.解析思路：結合核物理原理，列舉食品安全檢測的具體應用實例（如檢測摻假、殘留、異物、病原體），分析每種應用的技術原理（利用放射性示蹤、輻射效應、核成像等），并強調(diào)其非破壞性、高靈敏度、快速性等優(yōu)勢。*答案：核技術在食品安全檢測方面有多種具體應用。首先，利用放射性同位素示蹤技術可以檢測食品摻假和成分分析，例如用32P或14C標記葡萄糖檢測奶粉或果汁中的摻水或摻糖。其次，利用輻射誘導的化學反應或物理效應進行檢測，如利用輻照產(chǎn)生的自由基進行油脂過氧化程度的快速評估。再次，利用核成像技術（如正電子發(fā)射斷層掃描PET或單光子發(fā)射計算機斷層掃描SPECT）可以非侵入性地檢測食品內(nèi)部成分分布、異物或病原體位置。此外，某些放射性同位素（如32P,125I）可以作為標記物用于快速檢測食品中病原微生物或毒素。這些應用的優(yōu)勢在于：許多檢測方法具有非破壞性，可對樣品進行原位分析；利用放射性探測具有高靈敏度，能夠檢測痕量物質(zhì)；部分方法（如核成像）速度快，可實現(xiàn)實時或近實時檢測；部分技術（如輻照誘導分析）操作相對簡便。這些優(yōu)點使得核技術成為食品安全檢測領域的重要工具。2.解析思路：從核物理角度（如輻射劑量、電離、自由基產(chǎn)生）闡述輻照技術在食品保鮮和加工中的應用原理（殺微生物、改變酶活性、打破細胞結構、產(chǎn)生自由基進行化學反應），分析其在延長貨架期、改進食品特性方面的潛力，同時也要指出可能存在的挑戰(zhàn)（如對食品品質(zhì)的潛在負面影響、消費者接受度、成本效益、法規(guī)限制等）。*答案：輻照技術在食品保鮮和加工方面的應用潛力巨大，其原理基于核輻射的電離作用。在食品保鮮方面，主要利用輻照的殺菌消毒作用。高劑量的輻射能夠破壞食品中微生物（細菌、霉菌、酵母）的DNA結構和酶系統(tǒng)，使其失去繁殖能力或死亡，從而顯著延長食品的貨架期，特別是對于熱敏性食品（如水果、蔬菜、鮮肉）。中等劑量的輻照還能抑制果蔬的呼吸作用和發(fā)芽，起到類似干燥或冷藏的保鮮效果。此外，輻照處理有時還能鈍化食品中的酶（如脂肪氧化酶），減緩食品劣變。在食品加工方面，輻照可用于去除某些食品中的非食用部分，如堅果的殼、土豆的芽；改變食品的物理特性，如輻照處理可以改變土豆淀粉的凝膠特性，用于制作速凍薯條；利用輻照產(chǎn)生的活性自由基（通過水或脂肪的輻解產(chǎn)生）可以促進食品中某些化學反應，如加速油脂氧化、促進美拉德反應或焦糖化反應，用于改善食品的風味和色澤。