2025年大学《核物理》专业题库—— 核反应工程学在医疗器械中的应用.docxVIP

2025年大学《核物理》专业题库——核反应工程学在医疗器械中的应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

1.简述核反应工程学中，中子平衡方程的基本物理意义及其在反应堆稳态分析和动态分析中的作用。

2.对比核裂变反应堆和核聚变反应堆在产生中子方面的主要区别，并指出这对医疗器械中放射性同位素生产可能带来的影响。

二、

3.解释什么是反应堆的临界状态。简述临界计算中群常数（ν?）的意义及其主要影响因素。

4.在核医学领域，生产放射性药物常用的放射性同位素如12?I、??mTc、111In等，其核物理特性（如半衰期、衰变方式、能量）在选择药物设计、给药途径和显像方法时需考虑哪些关键因素？

三、

5.描述正电子发射断层扫描（PET）的基本工作原理，包括正电子的湮灭过程、coincidencedetection机制以及需要克服的主要技术挑战。

6.简述单光子发射计算机断层扫描（SPECT）与PET在成像原理、空间分辨率、扫描时间、对运动物体的敏感性以及适用临床场景方面的主要区别。

四、

7.放射性碘12?I（T?=60天）和111In（T?=2.8天）分别常用于哪些核医学应用？请简述选择不同半衰期同位素时需权衡的主要因素。

8.解释工业辐照技术在医疗器械（如植入物、无菌包装）消毒中的基本原理。说明伽马射线（如??Co源或??Mo源产生的γ射线）和电子束辐照在消毒效果、设备要求、对材料影响等方面可能存在的差异。

五、

9.在核医疗器械（如PET扫描仪、放射性治疗设备）的设计和运行中，辐射屏蔽的主要目的是什么？针对不同能量（如低能β射线、高能γ射线）的辐射源，应优先选用哪种类型的屏蔽材料（如水、混凝土、铅、钢）？请说明理由。

10.对于使用放射性药物进行诊断或治疗的患者，以及操作这些药物的医护人员，在核医学实践中必须采取哪些主要的辐射防护措施？请从时间防护、距离防护和屏蔽防护三个角度进行阐述。

六、

11.假设一个简化的核医学成像系统，其探测器效率为20%，患者体内放射性药物衰变常数约为0.693/天。若要获得满足诊断要求的原始计数率，请简述需要考虑的关键因素，并说明这些因素如何影响所需注入的放射性药物活度。

12.以1?F-FDGPET/CT融合成像为例，说明这种技术结合了哪些独立的成像模态，以及其主要临床优势是什么？在分析融合图像时，需要注意区分哪些伪影或生理性干扰？

13.简述核燃料循环的主要步骤，并指出在核反应工程学视角下，哪些环节对于保障医用放射性同位素的稳定供应至关重要？

试卷答案

一、

1.中子平衡方程描述了在反应堆堆芯内，单位时间内中子产生率与中子损失率之间的平衡关系。它既包含了中子通过裂变、散射等过程的生产项，也包含了中子通过吸收、泄漏出堆芯等过程的总损失项。在稳态分析中，该方程用于确定反应堆的临界状态和堆芯内中子注量分布；在动态分析中，通过求解包含时间导数的中子方程，可以研究反应堆在功率变化或扰动下的响应行为，对于理解反应堆的启动、shutdown、事故工况下的安全特性至关重要。

2.核裂变反应堆利用重核（如铀-235）的裂变链式反应产生中子，释放出的中子能量高、种类多，且反应堆类型（热中子堆、快中子堆）决定了中子能量谱。核聚变反应堆通过轻核（如氘、氚）的聚变反应产生中子，其反应产物主要是质子和α粒子，产生的中子能量相对单一且较低（主要能量约14MeV）。这对医疗器械中放射性同位素生产的影响在于：裂变堆可生产多种不同能量和半衰期的医用同位素（通过辐照不同靶材），但需处理高能中子带来的辐照损伤和活化问题；聚变堆产生的中子能量较低，更适合生产特定能量范围的放射性同位素，且中子谱相对简单，可能简化辐照工艺，但聚变堆技术目前尚处于发展阶段，大规模应用于同位素生产尚未普及。

二、

3.反应堆的临界状态是指反应堆堆芯恰好达到稳态自持链式核裂变反应的状态，此时中子增殖因子k=1。临界计算中的群常数（ν?）表示单位时间内在每个裂变事件中，由中子引起的次级中子（包括裂变中子和裂变碎片释放的中子）的平均数量，ν为每个裂变释放的中子平均数，?为中子增殖因子。群常数是中子输运理论中描述中子产生和损失的关键参数，它综合了核数据的微观截面和宏观系统几何、材料特性，影响着中子平衡方程的解，是确定反应堆是否临界以及计算中子注量分布的基础输入数据。

4.选择放射性药物的同位素时需考虑的关键因素包括：半衰期（T?）应与诊断或治疗周期相匹配，过长会降低药物利用率或增加患者受照剂量，过短则无法完成操作或达到预期效果；衰变方式及能量（如β?,γ,正电子湮灭）决定了药物在体内的显像信号类型和探测可行性，以及可能产生的电离辐射剂量；物理半衰期