下列何者不屬於放射性蛻變中的同重遷移（isobaric transition）？

本題觀念：

放射性蛻變（Radioactive decay）是指不穩定的原子核透過自發性地釋放輻射（粒子或電磁波），轉變為另一種較穩定狀態的過程。 在核子物理學中，「同重素（Isobar）」是指質量數（Mass number, $A$）相同，但原子序（Atomic number, $Z$）不同的核種。因此，同重遷移（Isobaric transition）特指原子核在蛻變過程中，其質量數（$A$）保持不變，但原子序（$Z$）發生改變的放射性衰變模式。這類衰變主要是原子核內質子與中子之間的相互轉換。

選項分析

• (A) $\beta$ 發射（$\beta^-$ emission）： 在富含中子的原子核中，一個中子會轉換為一個質子，並釋放出一個電子（即 $\beta^-$ 粒子）與一個反微中子。此過程中，母核的原子序增加 1（$Z \rightarrow Z+1$），但因為中子變成質子，總核子數未變，故質量數維持不變（$\Delta A = 0$）。屬於同重遷移。
• (B) 正子發射（Positron emission, $\beta^+$ decay）： 在富含質子的原子核中，一個質子會轉換為一個中子，並釋放出一個正子（即 $\beta^+$ 粒子）與一個微中子。此過程中，母核的原子序減少 1（$Z \rightarrow Z-1$），質量數維持不變（$\Delta A = 0$）。屬於同重遷移。
• (C) $\alpha$ 發射（$\alpha$ emission）： 不穩定的重原子核會釋放出一個 $\alpha$ 粒子（即氦-4 原子核，包含 2 個質子與 2 個中子）。此過程中，母核的原子序減少 2（$Z \rightarrow Z-2$），且質量數減少 4（$A \rightarrow A-4$）。因為質量數發生了顯著改變，故不屬於同重遷移。
• (D) 電子捕獲（Electron capture, EC）： 富含質子的原子核會從內層軌道（通常是 K 層）捕獲一個軌道電子，該電子與核內一個質子結合形成中子，並釋放出一個微中子。此過程中，母核的原子序減少 1（$Z \rightarrow Z-1$），質量數維持不變（$\Delta A = 0$）。屬於同重遷移。

答案解析

根據同重遷移（Isobaric transition）的定義，蛻變前後的質量數（$A$）必須完全相同。選項中 (A) $\beta$ 發射、(B) 正子發射與 (D) 電子捕獲，皆屬於核內質子與中子互換的弱交互作用過程，質量數均維持不變，符合同重遷移的條件。唯獨 (C) $\alpha$ 發射會導致母核失去 4 個核子（質量數減少 4），不符合同重遷移的定義，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」考科時，必須熟記各種放射性蛻變機制的特性及其對原子核 $Z$（原子序）與 $A$（質量數）的影響：

1. 同重遷移（Isobaric transition）：質量數 $A$ 不變。
   • $\beta^-$ 衰變（$Z + 1$）：發生於中子過多（Neutron-rich）的核種。
   • $\beta^+$ 衰變（$Z - 1$）：發生於質子過多（Proton-rich）的核種（發生條件：母核與子核能量差須大於 1.022 MeV）。
   • 電子捕獲（$Z - 1$）：發生於質子過多的核種（常發生於母子核能量差小於 1.022 MeV 時，為 $\beta^+$ 衰變的競爭反應）。
2. 異能遷移（Isomeric transition）：質量數 $A$ 與原子序 $Z$ 皆不變。處於介穩態（Metastable state，如 $^{99m}\text{Tc}$）的原子核釋放多餘能量回到基態，主要包含 $\gamma$ 射線發射（Gamma emission）與內轉換（Internal conversion）。
3. 重核蛻變：
   • $\alpha$ 衰變：$A - 4$、$Z - 2$。主要發生於高原子序（通常 $Z > 82$）的超重不穩定元素。

臨床重要性

在核子醫學臨床應用中，放射性同位素的選擇完全取決於其衰變模式：

• 進行正子發射的同位素（如 $^{18}\text{F}$、$^{68}\text{Ga}$）是正子斷層造影（PET）的核心，因為釋放的正子能與組織中的電子發生互毀反應（Annihilation），產生一對 511 keV 的 $\gamma$ 射線供造影儀器偵測。
• 進行電子捕獲或異能遷移的同位素（如 $^{201}\text{Tl}$、$^{123}\text{I}$、$^{99m}\text{Tc}$）大量用於單光子射出電腦斷層造影（SPECT），因其主要釋放穿透力強的 $\gamma$ 射線，且不伴隨破壞性強的微粒輻射，能有效控制病患的輻射吸收劑量。
• 進行 $\beta^-$ 發射（如 $^{131}\text{I}$、$^{90}\text{Y}$、$^{177}\text{Lu}$）或 $\alpha$ 發射（如 $^{223}\text{Ra}$、$^{225}\text{Ac}$）的同位素，因其輻射粒子在組織中射程短且線性能量轉移（LET）較高，臨床上專門用於標靶放射性同位素治療（Targeted Radionuclide Therapy, TRT），用以精準毒殺腫瘤細胞。

參考資料

1. 放射物理學與輻射安全標準教材 (Nuclear Physics and Decay Mechanisms, Standard Radiologic Technology Curriculum)
2. 考試院考選部醫事放射師國家考試歷屆試題