115年:核醫診療(1)
有關核子反應爐生產放射性核種的敘述，下列何者錯誤？
A核子反應爐由易分裂且高豐度的燃料棒（control rods ）組成
B重核分裂瓦解成 3個質量幾乎相等的裂塊（ fission elements ）
C重核瓦解並伴隨 2～3個中子射出
D每一核分裂之熱能形式釋放出200 MeV的能量
詳細解析
本題觀念：
本題探討利用核子反應爐（Nuclear Reactor）生產放射性核種的基礎物理原理。反應爐內部主要利用易分裂的重核（如鈾-235，）吸收熱中子（thermal neutrons）後，發生核分裂（Nuclear Fission）並產生連鎖反應。此過程會產生核分裂產物（fission fragments / products）、釋放大量能量，並伴隨多個快中子的射出。
選項分析
- (A) 核子反應爐由易分裂且高豐度的燃料棒（control rods）組成
- 推理與分析：核子反應爐（特別是用於研發或生產醫學同位素的反應爐）確實會使用易分裂且豐度較高的鈾-235作為「燃料棒（fuel rods）」。本選項在英文括號處出現了明顯的命題筆誤，將燃料棒誤植為控制棒（control rods，控制棒的實際作用為吸收過多中子以控制反應速率，通常由鎘或硼組成）。然而，在國家考試的評分邏輯中，這屬於名詞翻譯上的瑕疵，其「使用易分裂燃料棒」的中文語意概念仍符合反應爐特徵，相較於選項 (B) 在物理核心現象上的完全錯誤，(A) 不被視為本題的「最錯誤答案」。
- (B) 重核分裂瓦解成 3個質量幾乎相等的裂塊（fission elements）
- 推理與分析：錯誤。重核（如 U-235）發生核分裂時，絕大多數情況下屬於「二分裂」（binary fission），也就是分裂成 2 個質量不等 的裂塊（fission fragments）。其質量數分布呈現典型的「雙峰曲線」（double-humped curve），質量數分別落在 95 與 140 附近。核分裂產生 3 個質量幾乎相等裂塊的情況在物理上是不存在的（即使是發生率極低的「三分裂 ternary fission」，第三個產物通常是極輕的粒子，如阿伐粒子或氚，絕非三個質量相等的裂塊）。
- (C) 重核瓦解並伴隨 2～3個中子射出
- 推理與分析：正確。每一次 U-235 的核分裂，平均會釋放出 2.4 到 2.5 個快中子，因此敘述伴隨 2～3 個中子射出是正確的物理現象。這些中子除了用於維持連鎖反應，多餘的中子亦可作為中子活化（neutron activation）之用，以生產其他的放射性核種。
- (D) 每一核分裂之熱能形式釋放出200 MeV的能量
- 推理與分析：正確。每一次 U-235 發生核分裂總共會釋放約 200 MeV 的能量。其中絕大部份（約 165～170 MeV）轉化為兩個分裂裂塊的動能，這些動能會透過與周圍物質碰撞減速，最終在反應爐中以熱能（thermal energy）的形式表現出來。
答案解析
綜合上述分析，選項 (B) 描述重核分裂成 3 個質量幾乎相等的裂塊，嚴重違背了核分裂形成「2個質量不等的裂塊」的基礎物理現象。縱然選項 (A) 有英文專有名詞括號標示錯誤的瑕疵，但 (B) 在科學事實上存在不可忽視的錯誤。因此，(B) 為本題最明確的錯誤敘述與正確解答。
核心知識點
醫事放射師在準備「核子反應爐與放射性核種生產」章節時，必須熟記以下核分裂（Nuclear Fission）基礎知識：
- 反應爐結構與材料功能：
- 燃料棒（Fuel rods）：提供易分裂物質（如 ），作為反應來源。
- 控制棒（Control rods）：吸收多餘中子以控制連鎖反應速率（常見材質為鎘 Cadmium、硼 Boron）。
- 緩和劑（Moderator）：將高能快中子減速為熱中子，以增加鈾-235捕獲中子的機率（常見材質如水、重水、石墨）。
- 核分裂產物與特性：U-235 吸收熱中子後，主要分裂為 2 個質量不等的裂塊（質量數呈現 ~95 與 ~140 的雙峰分布）。
- 能量與中子釋放數值：每次分裂平均產生 2.4～2.5 個中子，並釋放總計約 200 MeV 的能量（主要以裂塊動能/熱能形式釋出）。
臨床重要性
反應爐所生產之放射性核種（如 Mo-99, I-131, Xe-133, Lu-177 等）多為「中子過剩（neutron-rich）」，衰變模式主要為貝他衰變（ decay）。這些核種在核子醫學領域扮演極為重要的角色：例如利用 Mo-99/Tc-99m 發生器取得的 Tc-99m 是現今單光子造影（SPECT）的主力；而 I-131 與 Lu-177 則是目前臨床上執行放射性標靶治療（Targeted Radionuclide Therapy）的核心同位素。