放射 - 充氣式偵檢器考古題解析 - 民國115年

本題觀念：

充氣式偵檢器（Gas-filled detectors）利用外加電壓收集游離輻射在氣體中產生的電子-正離子對。根據外加電壓的大小，可分為不同的工作區域（如游離腔區、比例區、蓋革區等）。偵檢器輸出的「脈衝高度」（Pulse height）是否與入射輻射的「能量」成正比，取決於該工作區域是否具有恆定的氣體增幅（Gas multiplication）機制。若是發生全腔體的突崩游離（Avalanche），則脈衝高度將失去與初始能量的比例關係。

選項分析

(A) 游離腔：工作於游離腔區（Ionization region）。在此區，外加電壓足以收集所有被輻射產生的初始離子對，但無氣體增幅作用（增幅因數為 1）。收集到的總電荷量完全取決於初始離子對數量，因此脈衝高度與輻射能量成正比。
(B) 比例計數器：工作於比例區（Proportional region）。電子在朝陽極移動的過程中被加速，產生二次游離（具有氣體增幅作用）。由於其氣體增幅因數保持恆定，最終收集的電荷量為初始離子對數量的固定倍數。因此，脈衝高度依然與輻射能量成正比，可作能量鑑別與粒子區分（如區分 $\alpha$ 與 $\beta$ 粒子）。
(C) 蓋革計數器：工作於蓋革區（Geiger-Muller region）。外加電壓極高，任何一次初始游離都會引發整個陽極線周圍的強烈累崩放電（Townsend avalanche）。大量的正離子移動緩慢，形成空間電荷（Space charge）屏障，使電場局部降低而強迫放電終止。由於每次放電的規模僅受限於腔體幾何結構與外加電壓，無論入射輻射的能量高低或種類，皆會產生相同且極大的脈衝高度。因此，其脈衝高度與輻射能量完全無關。
(D) 閃爍偵檢器：為固態或液態偵檢器（如 NaI(Tl)）。輻射在閃爍體內沉積能量並激發螢光，產生的光子數量與沉積能量成正比。隨後經光電倍增管（PMT）放大，輸出的電氣脈衝高度與輻射能量呈高度線性關係，廣泛應用於核醫學的能譜分析（Energy spectroscopy）。

答案解析

綜合上述分析，游離腔、比例計數器以及閃爍偵檢器，其輸出的脈衝信號皆可準確反映入射輻射沉積的能量大小。唯有蓋革計數器（GM counter）因產生全腔體的飽和累崩放電，每一次計數事件的脈衝高度皆達到極大且固定的振幅。因為脈衝高度僅與儀器設定的電壓及腔室構造有關，無法用來區別輻射的種類或能量。故本題正確答案為 (C)。

核心知識點

醫事放射師在準備「醫學物理學與輻射安全」科目時，務必熟記以下關於游離輻射偵測儀器的考點：

充氣式偵檢器六大工作區域：再結合區、游離腔區、比例區、限制比例區、蓋革區、連續放電區。
能量鑑別能力：具備能量鑑別能力者包含游離腔、比例計數器、閃爍偵檢器、半導體偵檢器；不具備能量鑑別能力者為蓋革計數器。
無感時間 (Dead time)：蓋革計數器因正空間電荷效應，具有最長的無感時間（約 $100 \sim 500\ \mu s$ ），需添加焠熄氣體（Quenching gas，如鹵素氣體或多原子氣體）以協助系統恢復並防止二次假脈衝。
游離腔與蓋革計數器的特性對比：游離腔適合量測高劑量率與準確評估暴露量；蓋革計數器靈敏度極高，但會發生發癱現象（Paralysis），不適用於高劑量率環境。

臨床重要性

在放射線部或核子醫學科的日常運作中，蓋革計數器常作為手提式污染巡檢儀（Contamination monitor）。因其對微小的單一游離事件極度靈敏，且輸出的脈衝極大（不需配備複雜的前置放大器），能迅速且有效地確認工作檯面、人員雙手或衣物是否有放射性同位素污染。然而，若要進行病患體內同位素的攝取量測或精確的輻射核種鑑定，則必須選用能分辨能量的閃爍偵檢器或半導體偵檢器。

參考資料

輻射偵測與分析 - 楓展貿易有限公司 (https://www.fonjem.com.tw/wp-content/uploads/2019/08/Radiological_Detection.pdf)
空中輻射偵測技術開發總結報告 - 核能安全委員會 (https://www.nusc.gov.tw)

下列何種劑量計的脈衝高度與輻射能量無關？

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