2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫(kù)——核物理學(xué)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.簡(jiǎn)述放射性同位素發(fā)生衰變時(shí)，原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是如何守恒的。2.解釋什么是半衰期，并說明半衰期與放射性活度之間的關(guān)系。3.列舉三種用于檢測(cè)放射性核素的常用輻射探測(cè)器，并簡(jiǎn)述其基本工作原理。二、1.在食品輻射加工（如輻照殺菌）過程中，輻射會(huì)與食品成分發(fā)生多種相互作用。請(qǐng)列舉兩種主要的相互作用類型，并簡(jiǎn)述其可能對(duì)食品品質(zhì)產(chǎn)生的影響。2.輻照食品的安全性評(píng)估涉及哪些關(guān)鍵因素？請(qǐng)至少列舉三項(xiàng)。3.什么是示蹤技術(shù)？請(qǐng)簡(jiǎn)述其在研究食品中水分或營(yíng)養(yǎng)素遷移過程中是如何應(yīng)用的。三、1.放射性核素監(jiān)測(cè)是保障食品安全的重要手段。以監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中銫-137的殘留為例，簡(jiǎn)述利用輻射探測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基本流程。2.簡(jiǎn)述同位素稀釋質(zhì)譜（IRMS）技術(shù)的基本原理，并說明其在食品安全領(lǐng)域可用于解決哪些問題。3.比較利用放射性同位素進(jìn)行示蹤研究和利用放射性進(jìn)行食品輻照兩種應(yīng)用在基本原理、目的和潛在影響方面的主要區(qū)別。四、1.假設(shè)需要檢測(cè)一批進(jìn)口堅(jiān)果中是否非法使用了某種放射性物質(zhì)作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑，請(qǐng)簡(jiǎn)述你會(huì)考慮采用哪些核物理方法進(jìn)行檢測(cè)，并說明選擇這些方法的原因。2.闡述核技術(shù)在食品安全追溯方面的應(yīng)用潛力，并分析其在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的挑戰(zhàn)。3.結(jié)合你所學(xué)的核物理知識(shí)，論述在推廣食品輻照技術(shù)以保障食品安全和防止疾病傳播方面，需要克服哪些科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)或社會(huì)方面的障礙。試卷答案一、1.放射性衰變過程中，原子核釋放粒子（如α粒子、β粒子、γ射線）或發(fā)生衰變鏈。無(wú)論發(fā)生何種衰變，原子核的總質(zhì)量數(shù)（質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)）和總電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）在衰變前后均保持不變。例如，β衰變中，一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，釋放一個(gè)電子（β粒子）和一個(gè)反電子中微子，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1。2.半衰期是指放射性核素的原子核數(shù)量減少到原始數(shù)量一半所需的時(shí)間。半衰期是核內(nèi)性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，不隨外界條件（如溫度、壓力）改變。放射性活度（衰變率）與原子核數(shù)量成正比，因此也是以半衰期為其時(shí)間常數(shù)進(jìn)行指數(shù)衰減的。即：N(t)=N?*e^(-t/τ)，A(t)=A?*e^(-t/τ)，其中τ為半衰期。3.常用的輻射探測(cè)器包括：蓋革-米勒計(jì)數(shù)器（G-M計(jì)數(shù)器），利用強(qiáng)電場(chǎng)使入射粒子電離產(chǎn)生脈沖電流進(jìn)行計(jì)數(shù)；閃爍計(jì)數(shù)器，利用閃爍晶體將粒子能量轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，再通過光電倍增管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；半導(dǎo)體探測(cè)器（如硅半導(dǎo)體探測(cè)器），利用半導(dǎo)體材料中載流子被輻射激發(fā)后產(chǎn)生的電離電流進(jìn)行探測(cè)。其基本原理都是將射線的能量或粒子本身轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。二、1.輻射與食品成分的主要相互作用類型有：電離作用和光化學(xué)作用。電離作用是指輻射直接或間接地使食品分子（如水分子）電離，可能導(dǎo)致產(chǎn)生自由基。這些自由基可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，破壞食品中的營(yíng)養(yǎng)成分（如維生素C、氨基酸），改變風(fēng)味和色澤。光化學(xué)作用是指輻射（特別是紫外線）直接照射食品分子，引起分子分解或重組，產(chǎn)生有害物質(zhì)或改變食品成分結(jié)構(gòu)，同樣影響食品品質(zhì)。2.輻照食品的安全性評(píng)估關(guān)鍵因素包括：所用輻照源的種類、輻照劑量及劑量率；輻照前食品的初始狀態(tài)（如成分、包裝）；輻照后食品的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分變化、微生物指標(biāo)變化；以及是否可能產(chǎn)生有害的放射性同位素或改變食品中物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)。還需要考慮操作過程中的防護(hù)和劑量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。3.示蹤技術(shù)是指利用放射性同位素作為示蹤劑，由于其能發(fā)射可被探測(cè)的射線，因此可以通過追蹤其遷移路徑和數(shù)量變化來(lái)研究物質(zhì)在生物或非生物系統(tǒng)中的行為。在食品研究中，可向食品原料或加工過程中加入已知活度的放射性同位素標(biāo)記的水、肥料或營(yíng)養(yǎng)成分，通過檢測(cè)最終產(chǎn)品或過程中不同部位的放射性分布，來(lái)追蹤來(lái)源、研究代謝途徑、評(píng)估吸收率或驗(yàn)證混合均勻性等。三、1.利用輻射探測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中銫-137殘留的基本流程如下：首先，根據(jù)預(yù)期污染水平和樣品特性選擇合適的探測(cè)方法和儀器（如高純鍺半導(dǎo)體探測(cè)器組成的γ能譜儀）；其次，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品樣品進(jìn)行適當(dāng)處理（如均勻混合、制樣）；然后，將樣品置于探測(cè)器的探測(cè)區(qū)域內(nèi)，測(cè)量其發(fā)出的γ射線；接著，通過能譜分析識(shí)別出銫-137的特征γ射線峰（如551keV），并定量測(cè)定其強(qiáng)度；最后，根據(jù)測(cè)得的活度濃度和相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，判斷樣品是否超標(biāo)。同時(shí)需進(jìn)行空白測(cè)量和儀器刻度校正。2.同位素稀釋質(zhì)譜（IRMS）技術(shù)的基本原理是：將待測(cè)樣品中的目標(biāo)穩(wěn)定同位素與已知豐度的內(nèi)標(biāo)（參考物質(zhì)）混合，通過某種方式（如加熱蒸發(fā)、氣體分離）將樣品中的目標(biāo)氣體同位素與內(nèi)標(biāo)氣體同位素分離，然后利用高分辨率的質(zhì)譜儀精確測(cè)量?jī)煞N同位素的質(zhì)量差異，從而確定樣品中目標(biāo)同位素的比例。在食品安全領(lǐng)域，可用于精確測(cè)定食品（如糧食、茶葉、水）中穩(wěn)定同位素（如13C,1?N,2H,1?O）的組成，輔助判斷食品的地理來(lái)源、種植或養(yǎng)殖條件、是否存在摻假（如摻入外地水或肥料）、追蹤物質(zhì)代謝過程等。3.利用放射性同位素進(jìn)行示蹤研究和利用放射性進(jìn)行食品輻照的主要區(qū)別在于：示蹤研究主要關(guān)注放射性同位素作為“標(biāo)記”示蹤物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、分布和過程，不直接引入顯著的輻射能量，目的是獲取信息（如路徑、速率、量）。而食品輻照則是利用放射性源產(chǎn)生的強(qiáng)大輻射能量直接作用于食品，目的是通過輻射效應(yīng)（如殺滅微生物、打破DNA、改變分子結(jié)構(gòu)）來(lái)達(dá)到特定的食品處理目的（如保鮮、殺菌、改良品質(zhì)），輻射本身是作用對(duì)象和手段。四、1.檢測(cè)進(jìn)口堅(jiān)果中是否非法使用放射性物質(zhì)作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑的核物理方法選擇與原因：首選方法是利用高靈敏度、高分辨率的γ能譜儀進(jìn)行直接測(cè)量。原因在于：若使用的是放射性物質(zhì)，其衰變會(huì)發(fā)射特征能量的γ射線，可通過能譜儀識(shí)別并測(cè)定其活度濃度。高靈敏度探測(cè)器能檢出痕量水平的放射性。其次，需要對(duì)堅(jiān)果樣品進(jìn)行均勻制樣，以減少測(cè)量誤差。如果懷疑的是某種特定的放射性核素，也可以考慮使用相應(yīng)的核探測(cè)器（如β探測(cè)器）或液體閃爍計(jì)數(shù)器（如果放射性核素衰變伴隨β衰變且易溶）。選擇方法時(shí)需考慮待測(cè)核素的衰變方式（α,β,γ）、探測(cè)效率、樣品特性以及實(shí)驗(yàn)室條件。2.核技術(shù)在食品安全追溯方面的應(yīng)用潛力在于：利用放射性同位素標(biāo)記技術(shù)，可以在食品生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)加入可追蹤的標(biāo)記物（如放射性水、肥料、示蹤劑），然后通過檢測(cè)最終產(chǎn)品或不同環(huán)節(jié)的放射性水平或同位素組成差異，來(lái)追蹤食品的來(lái)源地、生產(chǎn)過程、運(yùn)輸路徑，從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈管理、防止假冒偽劣、應(yīng)對(duì)食源性疾病爆發(fā)時(shí)的源頭追溯等。應(yīng)用挑戰(zhàn)包括：標(biāo)記劑的選擇與添加需安全合規(guī)；檢測(cè)設(shè)備的成本與普及度；如何處理檢測(cè)過程中的輻射防護(hù)；如何建立完善的追溯數(shù)據(jù)庫(kù)與信息共享機(jī)制；以及如何應(yīng)對(duì)自然背景輻射的干擾等。3.推廣食品輻照技術(shù)需克服的障礙包括：科學(xué)認(rèn)知方面，部分消費(fèi)者對(duì)輻照存在誤解甚至恐懼，認(rèn)為其不安全或等同于核輻射；需要加強(qiáng)科普宣傳，消除疑慮。技術(shù)方面，需要研發(fā)更高效、更均勻的輻照裝置，降低輻照成本，并開發(fā)適用于不同食品的輻照工藝參數(shù)，確保輻照效果