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115年:醫物幅安(1)

下列那種偵檢器不需要焠熄（quenching）？①liquid scintillation counter ②NaI(Tl) detector ③HPGe detector ④GM counter

A僅①③
B僅①②
C①②③
D②④

詳細解析

本題觀念：

本題測驗的核心在於評估考生對各種游離輻射偵檢器運作原理的理解，特別是「焠熄（Quenching）」在不同偵檢器中的定義與臨床意義。 在輻射偵測中，「焠熄」一詞有兩種截然不同的情境：

  1. 作為維持儀器運作的「必須機制」：在氣體充填偵檢器（特定為 GM counter）中，焠熄是為了停止連續放電（continuous discharge），使偵檢器能恢復並偵測下一個輻射事件所不可或缺的設計。
  2. 作為降低偵測效率的「負面干擾」：在液態閃爍計數器（liquid scintillation counter, LSC）中，焠熄是指閃爍光子產率下降的現象，這是一種必須設法校正與避免的誤差來源，而非儀器運作的必要條件。固態偵檢器則完全不需要此機制。

選項分析

  • ① liquid scintillation counter（液態閃爍計數器）：在液態閃爍計數器中，焠熄（如化學焠熄、顏色焠熄）會導致能量轉移效率變差或光子被吸收，進而使計數效率降低。這是一種不受歡迎的干擾現象，實務上必須進行「焠熄校正（quench correction）」來還原真實活度。因此，它不需要（也不想要）焠熄來維持運作。
  • ② NaI(Tl) detector（無機閃爍偵檢器）：碘化鈉晶體是藉由游離輻射在晶體內部激發電子至傳導帶，電子躍遷回價電帶時發出螢光，再由光電倍增管（PMT）放大訊號。固態晶體不會發生氣體游離的崩潰放電現象，因此不需要焠熄機制。
  • ③ HPGe detector（高純度鍺偵檢器）：這是一種半導體偵檢器，輻射進入半導體材料後會產生電子-電洞對（electron-hole pairs），透過施加偏壓來收集電荷並產生脈衝訊號。由於沒有氣體增益（gas multiplication）造成的連續放電效應，因此不需要焠熄。
  • ④ GM counter（蓋革-牟勒計數器）：在 GM 區運作的氣體偵檢器，單一游離事件會引發巨大的湯森崩潰（Townsend avalanche）。若不加以干預，正離子撞擊陰極會釋放出二次電子，導致無止盡的連續放電，使偵檢器無法記錄下一次的輻射事件。因此，GM counter 必須加入焠熄氣體（quenching gas，如鹵素氣體或有機氣體）來吸收能量、終止放電過程。

答案解析

根據上述分析，② NaI(Tl) detector 與 ③ HPGe detector 是固態偵檢器，原理上不涉及崩潰放電，自然不需要焠熄；① liquid scintillation counter 的焠熄則是一種降低計數效率的負面現象，並非正常運作所「需要」的機制。 唯一「需要」焠熄機制的只有 ④ GM counter，因為它必須仰賴焠熄氣體來終止連續放電，使儀器得以重置。 題目詢問「不需要」焠熄的偵檢器，因此 ①、②、③ 皆符合題意。正確答案為 (C)。

核心知識點

放射師國考常針對偵檢器的細部機制進行測驗，請務必掌握以下重點：

  1. GM counter 的焠熄機制 (Quenching Mechanism)：
    • 目的：吸收正離子撞擊陰極時釋放的游離能，防止二次電子引發連續放電，以利偵檢器恢復（縮短 dead time）。
    • 氣體種類比較：
      • 有機氣體（如酒精、甲烷）：解離後無法復原，會隨時間消耗，偵檢器壽命較短。
      • 鹵素氣體（如氯氣、溴氣）：解離後可重新結合再利用，因此具有幾乎無限的壽命，為目前最常用的焠熄氣體。
  2. Liquid Scintillation Counter (LSC) 的焠熄效應 (Quenching Effect)：
    • 化學焠熄 (Chemical quenching)：雜質或溶劑吸收了游離輻射的能量，使其無法順利轉移給閃爍體發光。
    • 顏色焠熄 (Color quenching)：樣本本身的顏色吸收了閃爍體發出的螢光，使 PMT 接收到的光子數減少。
    • 因應措施：須利用內部標準法 (Internal standardization)、外部標準法 (External standardization) 或通道比例法 (Channel ratio method) 進行焠熄校正。
  3. 固態偵檢器：如 NaI(Tl)、BGO、LSO 等無機閃爍體與 HPGe、CZT 等半導體偵檢器，因無氣體增益效應，皆不存在連續放電與焠熄需求。

參考資料

  1. Hidex. (n.d.). Quenching. Retrieved from https://hidex.com/
  2. Pursuit Physics. (n.d.). Radiation Detectors | Part-1 | GM-Counter. Retrieved from https://pursuitphysics.in/
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