115年:醫物幅安(1)
相較於穩定核種，迴旋加速器產生的放射性同位素，通常具有下列何種特性？
A中子數過多
B質子數過多
C長半衰期
D電子數過多
詳細解析
本題觀念：
放射性同位素的人工製造主要依賴兩種設備：迴旋加速器 (Cyclotron) 與 核子反應器 (Nuclear Reactor)。這兩種設備因為使用的轟擊粒子不同，產生的放射性同位素在核子結構與物理特性上截然不同。迴旋加速器主要利用帶正電的粒子（如質子、氘核）去轟擊靶核；而核子反應器則是利用中子去撞擊靶核。同位素的穩定性取決於其原子核內部的質子與中子比例（N/Z ratio），不同的製造方式會直接決定該核種是不穩定且傾向於何種衰變模式。
選項分析
- A. 中子數過多：錯誤。中子數過多（Neutron-rich）是核子反應器產生的放射性同位素之主要特徵。因為反應器內部充滿大量中子，靶物質吸收中子後會形成中子過剩的核種，這類核種為了達到穩定，通常會進行貝他衰變（β⁻ decay）。
- B. 質子數過多：正確。迴旋加速器是將帶正電的粒子（最常見為質子）加速至高能後撞擊靶物質。靶核吸收這些帶正電粒子後，原子核內的質子比例會急遽增加，形成質子數過多（Proton-rich，或稱中子缺乏 Neutron-deficient）的核種。此類核種通常透過正子發射（β⁺ emission）或電子捕獲（Electron Capture, EC）來衰變至穩定狀態。
- C. 長半衰期：錯誤。臨床上由迴旋加速器製造的放射性同位素通常具有短半衰期（從幾分鐘至數小時不等）。例如用於正子造影（PET）的核種：¹⁵O (2分鐘)、¹³N (10分鐘)、¹¹C (20分鐘)、¹⁸F (110分鐘)。因為衰變極快，這類加速器通常需要建置在醫院或醫學中心內部或附近，以便即產即用。相對地，反應器產生的部分核種或孳生器（Generator）的母核種，通常具有較長的半衰期。
- D. 電子數過多：錯誤。放射性同位素的衰變與不穩定性是源自於「原子核內部」的質子與中子比例失衡，與原子軌道上的「電子數」多寡無直接物理關聯（電子數影響的是原子的化學性質與游離狀態）。
答案解析
相較於穩定核種，原子核要維持穩定，其質子數與中子數必須保持在特定的比例。迴旋加速器的運作原理是利用電磁場加速帶正電的粒子（例如質子）來轟擊靶原子核，這個核反應過程會強行將額外的質子加入原子核中，從而打破原本的核穩定態，製造出「質子數過多（Proton-rich）」的放射性同位素。
因為質子間具有強烈的庫侖斥力，這些質子過剩的不穩定核種傾向於將多餘的質子轉換為中子以求穩定，其主要的衰變方式為正子衰變（β⁺ decay）或電子捕獲（Electron Capture）。這正是為何迴旋加速器常被用來生產正子造影（PET）所需的放射性藥物之基礎物理原因。因此，選項 (B) 為正確答案。
核心知識點
醫事放射師在準備核子醫學或輻射物理考題時，必須熟記以下兩種同位素生產方式的對比：
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迴旋加速器 (Cyclotron)：
- 撞擊粒子：帶正電粒子（質子 p、氘核 d、α粒子）。
- 產物特性：質子過多 (Proton-rich)。
- 衰變方式：正子發射 (β⁺ decay)、電子捕獲 (EC)。
- 臨床常用核種：PET 用核種（¹⁸F、¹¹C、¹³N、¹⁵O）、其他核醫造影（²⁰¹Tl、⁶⁷Ga、¹¹¹In、¹²³I）。
- 半衰期特徵：通常較短 (Short-lived)，需就近生產。
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核子反應器 (Nuclear Reactor)：
- 撞擊粒子：中子 (Neutrons)。
- 產物特性：中子過多 (Neutron-rich)。
- 衰變方式：貝他衰變 (β⁻ decay)。
- 臨床常用核種：治療用核種或孳生器母核（⁹⁹Mo (為 ⁹⁹ᵐTc 的母核)、¹³¹I、¹³³Xe、⁵¹Cr）。