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114年:醫物幅安(2)

下列那一種充氣式偵檢器其氣體放大因數（gas amplification factor）為1？

A游離腔偵檢器
B比例計數器
C蓋革計數器
D弗立克偵檢器

詳細解析

本題觀念：

本題探討「充氣式偵檢器（Gas-filled detectors）」的操作電壓區間及其對應的「氣體放大因數（Gas amplification factor）」。當游離輻射進入充氣式偵檢器內，會與氣體分子作用並產生電子與正離子對（一次游離，Primary ionization）。藉由對偵檢器施加不同大小的偏壓，偵檢器會進入不同的操作區域，進而影響電極所收集到的總離子對數量。

氣體放大因數的定義為：「偵檢器電極實際收集到的總電子數」與「輻射初始游離產生的一次電子數」之比值。

選項分析

  • (A) 游離腔偵檢器 (Ionization chamber detector)：正確。游離腔操作於電壓特性曲線的「游離區（Ionization region）」。在此區間內，施加的偏壓足以將輻射產生的所有「一次游離」電子與正離子對完全收集，避免其互相復合（Recombination）；但電壓尚未高到能讓這些電子在移向陽極的過程中獲得足夠動能去引發「二次游離」。因此，電極收集到的電子數完全等於初始游離產生的電子數，氣體放大因數為 1。
  • (B) 比例計數器 (Proportional counter)：錯誤。比例計數器操作於「比例區（Proportional region）」。較高的偏壓使得一次電子被強烈加速，獲得足夠動能在碰撞其他氣體分子時產生二次游離（引發湯森崩潰，Townsend avalanche）。其氣體放大因數通常介於 102∼10410^2 \sim 10^4（部分文獻可達 10610^6），收集到的總電荷量與初始游離量成正比，故可用於區分不同種類與能量的輻射。
  • (C) 蓋革計數器 (Geiger-Müller counter)：錯誤。蓋革計數器操作於「蓋革區（Geiger-Müller region）」。其偏壓極高，任何單一游離事件都會引發整個偵檢器內氣體的強烈連鎖游離，產生巨大且固定振幅的脈衝。其氣體放大因數極高，約在 106∼10810^6 \sim 10^8 之間，無法用於鑑別輻射能量或種類。
  • (D) 弗立克偵檢器 (Fricke dosimeter)：錯誤。弗立克偵檢器是一種「化學劑量計（Chemical dosimeter）」，是利用游離輻射使水溶液中的亞鐵離子（Fe2+Fe^{2+}）氧化成鐵離子（Fe3+Fe^{3+}）的化學反應產額（G值）來測量吸收劑量。它屬於液體化學劑量計，根本不屬於充氣式偵檢器，因此沒有氣體放大因數的概念。

答案解析

根據充氣式偵檢器的操作原理，游離腔偵檢器操作在游離區。在該區域中，外加電場的作用僅在於將游離輻射產生的一次游離電荷完全收集，而沒有使電子加速到足以產生二次游離的程度。因此，系統中沒有發生氣體放大效應，其氣體放大因數（gas amplification factor）精確等於 1。故正確答案為 (A)。

核心知識點

醫事放射師國考中，充氣式偵檢器的電壓特性曲線（Voltage characteristic curve）為核心常考觀念。考生務必熟記以下操作區域之順序、氣體放大因數與臨床/實務應用：

  1. 復合區 (Recombination region)：偏壓過低，離子對極易復合，不作為測量使用。
  2. 游離區 (Ionization region)：氣體放大因數 = 1。完全收集一次游離電荷，無氣體放大效應。用於精確測量暴露量與吸收劑量（如：游離腔）。
  3. 比例區 (Proportional region)：氣體放大因數約 102∼10410^2 \sim 10^4。具有氣體放大效應，且輸出脈衝大小與游離輻射之初始能量成正比，常用於區分 α\alpha 與 β\beta 粒子。
  4. 侷限比例區 (Limited proportional region)：非線性放大，無實用價值。
  5. 蓋革區 (Geiger-Müller region)：氣體放大因數約 106∼10810^6 \sim 10^8。發生全面性連鎖崩潰，輸出脈衝極大且與入射輻射能量無關，靈敏度極高，適合用於環境微量輻射汙染偵測，並需搭配淬滅氣體（Quenching gas）使用。
  6. 連續放電區 (Continuous discharge region)：電壓過高會導致氣體持續放電，將造成偵檢器損壞。

參考資料

  1. 行政院原子能委員會（現核能安全委員會）輻射防護相關規範與充氣式偵檢器原理 (https://data.gov.tw/dataset/14451)
  2. 充氣式偵檢器特徵曲線與操作區間探討 - 醫學物理學與輻射安全相關歷屆試題解析 (https://yamol.tw/item-114%E5%B9%B4+-+114-2+%E5%B0%88%E6%8A%80%E9%AB%98%E8%80%83_%E9%86%AB%E4%BA%8B%E6%94%BE%E5%B0%84%E5%B8%AB%EF%BC%9A%E9%86%AB%E5%AD%B8%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%B8%E8%88%87%E8%BC%BB%E5%B0%84%E5%AE%89%E5%85%A8%23128973-3882745.htm)
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