2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理學(xué)在生物技術(shù)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在放射性同位素示蹤實(shí)驗(yàn)中，選擇標(biāo)記物時(shí)最重要的考慮因素是其（）。A.半衰期盡可能短B.半衰期盡可能長(zhǎng)C.與被標(biāo)記物質(zhì)具有相同的化學(xué)物理性質(zhì)D.在生物體外的探測(cè)靈敏度2.下列哪種核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)主要利用正電子發(fā)射與湮滅產(chǎn)生的γ射線？（）A.SPECTB.PETC.X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）D.核磁共振成像（MRI）3.放射性活度（Bq）的國(guó)際單位制單位是（）。A.居里（Ci）B.拉德（rad）C.希沃特（Sv）D.每秒貝可勒爾（s?1·Bq）4.當(dāng)β?粒子從原子核中發(fā)射出來時(shí)，該原子核的（）。A.質(zhì)量數(shù)增加1，原子序數(shù)增加1B.質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)增加1C.質(zhì)量數(shù)減少1，原子序數(shù)增加1D.質(zhì)量數(shù)增加1，原子序數(shù)減少15.在核醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，用于PET掃描的放射性示蹤劑氟-18氟代脫氧葡萄糖（1?F-FDG）主要反映（）。A.血液流動(dòng)情況B.腦部血流分布C.細(xì)胞代謝活性D.神經(jīng)遞質(zhì)釋放6.下列哪種探測(cè)器最適合探測(cè)能量較高的γ射線？（）A.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器B.閃爍計(jì)數(shù)器C.鍺（Ge）半導(dǎo)體探測(cè)器D.氣泡室7.輻射防護(hù)中的“時(shí)間防護(hù)”原則是指（）。A.增加與輻射源的距離B.使用屏蔽材料阻擋輻射C.縮短接觸輻射源的時(shí)間D.穿戴個(gè)人防護(hù)用品8.放射性核素發(fā)生α衰變后，子核的原子序數(shù)與母核相比（）。A.增加2B.減少2C.增加4D.減少49.在研究DNA復(fù)制過程中，可以使用3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP）作為示蹤劑，這是因?yàn)椋ǎ.3H是β衰變核素，易于探測(cè)B.胸腺嘧啶是DNA特有的堿基C.α衰變產(chǎn)生的能量足以打斷DNA鏈D.3H-FDP是DNA合成的直接前體10.核磁共振成像（MRI）雖然也用于醫(yī)學(xué)成像，但其基本原理與核物理中的（）關(guān)系不大。A.核自旋B.核磁矩C.α衰變D.化學(xué)位移二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.放射性衰變遵循__________定律，其半衰期是描述放射性核素衰變快慢的物理量，具有__________性。2.單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收的電離輻射能量稱為__________，其國(guó)際單位制單位是__________。3.正電子發(fā)射斷層掃描（PET）利用放射性示蹤劑在生物體內(nèi)分布的差異來顯示__________信息，其空間分辨率通常__________于SPECT。4.輻射防護(hù)的三大原則是__________、__________和__________。5.在生物大分子的結(jié)構(gòu)研究中，常使用__________（如3H、1?C）進(jìn)行同位素標(biāo)記，利用其__________特性進(jìn)行探測(cè)。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述放射性核素示蹤技術(shù)的基本原理及其在生物學(xué)研究中的主要應(yīng)用。2.簡(jiǎn)要比較PET和SPECT兩種核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及其主要應(yīng)用領(lǐng)域的異同。3.解釋什么是輻射劑量，并說明在生物實(shí)驗(yàn)中如何進(jìn)行基本的輻射防護(hù)。四、計(jì)算題（每小題6分，共12分）1.某放射性核素的半衰期為5天，現(xiàn)測(cè)得該核素的活度為8.0×10?Bq。求：a.3天后該核素的活度是多少？b.經(jīng)過多少時(shí)間，該核素的活度減少到初始值的1/16？2.一個(gè)接受放射性碘-131（?1I）治療的患者，接受的劑量為500mSv。已知碘-131的半衰期為8天，假設(shè)患者體內(nèi)碘-131的分布均勻且無代謝損失。求：a.患者體內(nèi)碘-131的等效活度（以Bq為單位）是多少？（假設(shè)1mSv=1J/kg，碘-131的衰變能量主要貢獻(xiàn)為γ射線，其平均能量為0.66MeV，需要用到基本物理常數(shù)：1eV=1.602×10?1?J，1year=3.1536×10?s，Avogadro數(shù)N?=6.022×1023mol?1，碘的摩爾質(zhì)量M=126.9g/mol。注意：此題計(jì)算量較大，實(shí)際考試中可能簡(jiǎn)化參數(shù)或只要求計(jì)算基本關(guān)系）五、論述題（8分）論述核物理中的放射性探測(cè)技術(shù)（如閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器等）在獲取生物樣品（如細(xì)胞培養(yǎng)物、組織切片）的放射性分布信息方面所起的作用，并舉例說明其在特定生物學(xué)研究（如受體結(jié)合研究、藥物代謝研究）中的應(yīng)用。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.B5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題1.指數(shù)；統(tǒng)計(jì)2.比釋出劑量；戈瑞（Gy）3.功能；更高4.時(shí)間防護(hù)；距離防護(hù)；屏蔽防護(hù)5.放射性同位素；放射性三、簡(jiǎn)答題1.原理：利用放射性核素作為示蹤劑，由于其衰變釋放出可探測(cè)的射線，通過追蹤這些射線的分布和強(qiáng)度，可以了解示蹤劑在生物系統(tǒng)中的行為（如吸收、分布、代謝、排泄）以及相關(guān)生物過程。其基本依據(jù)是放射性衰變的隨機(jī)性和探測(cè)器的靈敏性。應(yīng)用：用于研究物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存和排泄等代謝過程；追蹤生物大分子（如激素、酶、DNA）的合成、周轉(zhuǎn)和相互作用；進(jìn)行細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)定位；藥物篩選和開發(fā)；疾病診斷和療效評(píng)估等。2.原理：PET利用正電子發(fā)射核素（如1?F）標(biāo)記的示蹤劑，正電子在體內(nèi)衰變時(shí)與電子湮滅產(chǎn)生一對(duì)能量相等的γ射線，這兩個(gè)γ射線沿相反方向射出，探測(cè)器陣列同時(shí)接收到后可重建出放射性分布圖像。SPECT利用發(fā)射γ射線的核素（如??Cu,11?mTc,1?1Ta），通過體外探頭旋轉(zhuǎn)掃描探測(cè)由核素衰變產(chǎn)生的γ射線，重建三維圖像。比較：*空間分辨率：PET通常高于SPECT。*成像速度：PET成像速度更快。*探測(cè)方式：PET基于湮滅γ射線對(duì)（雙探頭coincidencedetection）；SPECT基于單個(gè)γ射線的探測(cè)。*核素與顯像劑：PET可使用半衰期短的放射性藥物，顯像劑種類豐富；SPECT核素半衰期相對(duì)較長(zhǎng)，部分顯像劑需要體外發(fā)生器生產(chǎn)。*穿透深度：PET對(duì)軟組織分辨率好，但穿透深度相對(duì)有限；SPECT對(duì)骨骼等密度組織成像較好。*應(yīng)用：PET在腦部、心臟代謝顯像、腫瘤分子分期和預(yù)后評(píng)估中優(yōu)勢(shì)明顯；SPECT在心肌灌注、骨掃描、甲狀腺顯像、腦血流量測(cè)定等方面應(yīng)用廣泛，且成本相對(duì)較低。3.輻射劑量：指單位質(zhì)量的生物組織或體液吸收的電離輻射能量。它是衡量輻射對(duì)生物體損傷程度的重要物理量。常用單位有戈瑞（Gy，吸收劑量）和希沃特（Sv，劑量當(dāng)量或有效劑量）。輻射防護(hù)：*時(shí)間防護(hù)：盡量縮短接觸輻射源的時(shí)間。*距離防護(hù)：增加與輻射源的距離（遵循平方反比定律）。*屏蔽防護(hù)：使用合適的屏蔽材料（如鉛、混凝土、水）阻擋輻射。*個(gè)人防護(hù)：在必要時(shí)使用鉛衣、鉛眼鏡、鉛帽等個(gè)人防護(hù)用品，但應(yīng)作為輔助措施。*工程防護(hù)：合理布局工作場(chǎng)所，設(shè)置屏蔽屏障和隔離區(qū)，通風(fēng)良好。*管理防護(hù)：制定嚴(yán)格的操作規(guī)程，進(jìn)行輻射安全培訓(xùn)，監(jiān)測(cè)輻射水平和個(gè)人劑量。四、計(jì)算題1.a.解：設(shè)初始活度為A?=8.0×10?Bq，半衰期T?=5天。3天后的活度A(t)可用公式A(t)=A?*(1/2)^(t/T?)計(jì)算。A(3)=8.0×10?*(1/2)^(3/5)BqA(3)=8.0×10?*(1.1487)^(-0.6)Bq（計(jì)算(1/2)^0.6）A(3)≈8.0×10?*0.8909BqA(3)≈7.12×10?Bq答：3天后該核素的活度約為7.12×10?Bq。b.解：活度減少到初始值的1/16，即A(t)/A?=1/16。代入公式(1/2)^(t/T?)=1/16。(1/2)^(t/5)=1/2?t/5=4t=20天答：經(jīng)過20天，該核素的活度減少到初始值的1/16。2.解：首先計(jì)算總吸收劑量?？倓┝緿=500mSv=0.5Sv=0.5J/kg。假設(shè)平均能量E=0.66MeV，1MeV=1.602×10?13J。平均能量E=0.66*1.602×10?13J=1.05732×10?12J。吸收劑量D=總能量/總質(zhì)量。總質(zhì)量m=70kg（假設(shè)成年人體重）。總能量=D*m=0.5J/kg*70kg=35J?；疃華=總能量/(E*λ*t_decay)，其中λ是衰變常數(shù)，t_decay是碘-131的物理半衰期（8天）。λ=ln(2)/T?=ln(2)/(8*24*3600s)≈9.189×10??s?1。t_decay=8*24*3600s=691200s?；疃華=35J/[(1.05732×10?12J)*(9.189×10??s?1)*691200s]A≈35/[9.705×10??*691200]A≈35/6.708×10?A≈5.21×10??Bq。（注：此計(jì)算基于大量簡(jiǎn)化假設(shè)，實(shí)際醫(yī)用活度計(jì)算會(huì)更復(fù)雜，需考慮生物分布、清除率、探測(cè)效率等因素。）五、論述題放射性探測(cè)技術(shù)是核物理在生物研究領(lǐng)域不可或缺的工具，其核心在于能夠探測(cè)到放射性核素衰變時(shí)釋放出的特定粒子或射線，從而反演出放射性物質(zhì)在生物樣品中的空間分布、濃度隨時(shí)間的變化以及動(dòng)力學(xué)過程。在生物學(xué)研究中，放射性探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用廣泛且深入。例如，在受體結(jié)合研究中，研究人員使用放射性標(biāo)記的配體（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)）與生物樣品（如細(xì)胞膜、組織切片）孵育，利用放射性探測(cè)器（如液體閃爍計(jì)數(shù)器、γ計(jì)數(shù)器、autoradiography系統(tǒng)）測(cè)量結(jié)合后樣品的放射性，從而確定受體的數(shù)量、親和力以及配體與受體的動(dòng)態(tài)平衡過