ExamWise
115年:醫物幅安(1)

對於貝他粒子的屏蔽，通常選用低原子序材料，其最主要考量為何？

A降低制動輻射的產率
B較佳吸收貝他粒子的能力
C較佳減速貝他粒子的能力
D避免造成中子的污染

詳細解析

本題觀念：

本題測試的核心觀念為貝他粒子（Beta particles）與物質的交互作用及輻射屏蔽設計原則。 貝他粒子（高速電子）在穿透物質時，主要透過兩種方式損失能量：

  1. 碰撞損失（Collisional loss）：與物質的核外電子發生碰撞，造成游離（Ionization）與激發（Excitation）。
  2. 輻射損失（Radiative loss）：當電子靠近原子核時，受到庫侖力吸引而急遽減速，此時會將失去的動能以電磁波（X射線）的形式釋放出來，稱為制動輻射（Bremsstrahlung）。

制動輻射的產率（ff）與吸收物質的原子序（ZZ）以及貝他粒子的最大能量（EE）成正比，公式約為 f≈Z×E3000f \approx \frac{Z \times E}{3000}。若使用高原子序物質（如鉛）來屏蔽高能貝他粒子，會產生大量具高穿透力的制動輻射（X射線），反而增加外部的輻射劑量。因此，貝他屏蔽的標準作法是使用低原子序材料。

選項分析

  • (A) 降低制動輻射的產率：正確。因為制動輻射的發生機率與屏蔽材質的原子序（Z）成正比，使用低原子序材料（如壓克力、塑膠、鋁等）能有效將貝他粒子的能量透過「碰撞」消耗掉，從而大幅降低具穿透性之制動輻射（X射線）的產生。
  • (B) 較佳吸收貝他粒子的能力：錯誤。若單純比較阻擋貝他粒子的物理距離，高原子序且高密度的物質（如鉛）具有較大的直線阻擋本領（Linear stopping power），能在更短的距離內讓貝他粒子停下。選用低原子序材料並非因為它吸收貝他粒子的能力「較佳」，而是因為它吸收的過程「較安全」（伴隨的二次輻射較少）。
  • (C) 較佳減速貝他粒子的能力：錯誤。高原子序物質對電子的庫侖力較強，會使貝他粒子發生更急遽的減速。正是因為這種急遽減速，才會導致高比例的能量轉換為制動輻射。低原子序物質的減速過程相對緩和（主要透過游離與激發），因此選項所述的「較佳減速能力」並非選用低原子序的主因。
  • (D) 避免造成中子的污染：錯誤。要透過光核反應（Photoneutron reaction, 例如 (γ,n)(\gamma, n) 反應）產生中子，通常需要極高能量的光子（通常大於 8~10 MeV，依游離能而定）。一般放射性核種釋放的貝他粒子能量（通常小於 3 MeV）無法引發此類核反應，因此在常規貝他屏蔽中，中子污染並非考量因素。

答案解析

正確答案為 (A)。 在防護高能貝他射源（例如核醫學常用的磷-32、釔-90）時，最首要的考量是避免產生高穿透力的制動輻射。由於制動輻射的產率正比於屏蔽材料的原子序（Z），故標準的輻射防護實務會優先使用**低原子序材質（如壓克力、塑膠）**作為第一層屏蔽，以吸收掉所有的貝他粒子並最小化制動輻射。若射源活度較大，產生的制動輻射劑量仍具威脅時，才會在低原子序屏蔽的「外層」加上高原子序材質（如鉛）來衰減已經產生的X射線光子。絕不可直接將鉛貼近高能貝他射源，否則會如同X光機的靶材一樣，激發出強烈的制動輻射。

核心知識點

醫事放射師考生須熟記以下貝他輻射防護與物理原則：

  1. 制動輻射產率（Bremsstrahlung yield）：產率 ∝Z×Emax\propto Z \times E_{max}。原子序越大、貝他能量越高，產生制動輻射的比例就越高。
  2. 複合屏蔽設計（Composite Shielding）：
    • 內層（靠近射源）：低原子序物質（Low-Z，如壓克力 Lucite、水、鋁），目的為吸收貝他粒子並減少制動輻射。
    • 外層（遠離射源）：高原子序物質（High-Z，如鉛 Lead），目的為吸收內層產生的微量制動輻射光子。
  3. 常見高能貝他射源：Phosphorus-32 (P-32, Emax=1.71E_{max} = 1.71 MeV)、Yttrium-90 (Y-90, Emax=2.28E_{max} = 2.28 MeV) 及 Strontium-90 (Sr-90)。

臨床重要性

在核子醫學科操作 Y-90 微球體（Microspheres）進行肝臟選擇性內部放射治療（SIRT），或在實驗室分裝 P-32 藥物時，操作屏蔽（Shielding blocks）及針筒防護套（Syringe shields）皆是以高厚度的壓克力為主材。若錯誤使用鉛玻璃或純鉛防護套，不僅無法有效保護操作者，更會因產生高強度的制動輻射而大幅增加放射師的手部及全身輻射劑量。

參考資料

  1. Shielding Beta Particles. (Nuclear Regulatory Commission). https://www.nrc.gov/docs/ML1122/ML11229A721.pdf
  2. Shielding of Beta Radiation. (Nuclear Power). https://www.nuclear-power.com/nuclear-power/reactor-physics/radiation-protection/shielding-of-ionizing-radiation/shielding-of-beta-radiation/
  3. 輻射防護簡訊 - 貝他粒子屏蔽考量. (中華民國輻射防護協會). https://www.rpa.org.tw/
了解本站架構