迴旋加速器常用於製備醫用放射性同位素，關於這類加速器運轉產生的輻射場與屏蔽，下列敘述何者錯誤？

本題觀念：

本題探討「醫用迴旋加速器（Medical Cyclotron）」在產製放射性同位素時，其運轉過程中所產生的輻射場特性，以及輻射防護、屏蔽設計與設施除役的相關核心概念。醫用迴旋加速器主要透過加速帶電粒子（如質子）撞擊靶材，誘發特定的核反應來生產供正子斷層掃描（PET）或單光子射出電腦斷層掃描（SPECT）使用的短半衰期放射性同位素。

選項分析

• 選項 A：加速器輸出之質子能量低，不足以引發核反應 錯誤。 醫用迴旋加速器的根本設計目的，就是利用加速後的帶電粒子去撞擊靶材來「引發核反應」，進而製造出所需的放射性同位素（例如透過 $^{18}O(p,n)^{18}F$ 反應來生產氟-18）。為克服原子核的庫侖障壁（Coulomb barrier），醫用迴旋加速器輸出的質子能量通常設計在 10 MeV 至 30 MeV 之間，此能量區間絕對足以引發所需的核反應。若不足以引發核反應，便無法生產任何醫用同位素。

• 選項 B：二次中子是最主要設施屏蔽對象 正確。 在進行 $(p,n)$ 核反應（如產製 $^{18}F$、$^{11}C$ 等核醫藥物）時，副產物會釋放出大量高能的二次中子（Secondary neutrons）。中子不帶電、穿透力極強，相比於質子或其他的帶電粒子更容易穿透物質，因此防護這些二次中子是加速器機房屏蔽設計（如厚重混凝土或含氫材料屏蔽）的最主要考量。

• 選項 C：中子引發之加馬射線是屏蔽以外人員劑量的主要貢獻之一 正確。 當二次中子進入屏蔽材料（例如混凝土牆中的水分）被減速成為熱中子後，容易被屏蔽物質的原子核捕獲而發生「中子捕獲反應（Neutron capture）」。此反應會釋放出高能的捕獲加馬射線（Capture gamma rays），例如氫原子捕獲中子會釋放高達 2.22 MeV 的加馬射線。這些高能加馬射線具有很強的穿透力，容易穿透屏蔽牆，成為牆外工作人員體外輻射劑量的重要貢獻來源。

• 選項 D：中子引發之物質活化是設施除役考量的重點 正確。 迴旋加速器在長期運轉下，二次中子會對加速器本體組件、迷宮牆體、甚至機房內的空氣與混凝土屏蔽產生「中子活化（Neutron activation）」，生成如 $^{60}Co$、$^{152}Eu$ 等具有長半衰期的放射性核種。當設施達到使用年限面臨永久停用與除役（Decommissioning）時，如何處理這些因活化而產生的放射性廢棄物，以及殘餘輻射劑量的評估，是確保輻射安全與廢棄物管理的重中之重。

答案解析

綜合上述分析，醫用迴旋加速器的核心原理即為提供足夠能量的質子以「引發核反應」，從而製備放射性同位素。選項 A 宣稱其質子能量不足以引發核反應，完全違背了迴旋加速器的運作原理與存在目的，因此敘述錯誤，為本題應選答案。

核心知識點

醫事放射師在準備此類題型時，應熟記以下關於醫用迴旋加速器的重點：

1. 核反應原理：熟記常見 PET 同位素的產製反應，如 $^{18}O(p,n)^{18}F$、$^{14}N(p,\alpha)^{11}C$，理解其必須依靠質子克服庫侖障壁誘發核反應。
2. 輻射場特性：
   • 主輻射：加速的帶電粒子（如質子），游離能大但射程短，容易阻擋。
   • 二次輻射：核反應產生的中子，穿透力極強，為主要屏蔽對象。
   • 衍生輻射：中子被屏蔽物捕獲後釋放的高能加馬射線，是屏蔽外劑量的主要來源。
3. 輻射防護與除役（Decommissioning）：中子長期照射會導致周遭物質（包含靶室組件、混凝土結構）發生中子活化（Neutron activation），產生如銪-152（$^{152}Eu$）、鈷-60（$^{60}Co$）等長半衰期產物，這是設施除役與放射性廢料處理的最大挑戰。

參考資料

1. 高強度輻射設施除污及除役規劃暨安全審查技術研究 (核能安全委員會委託研究報告) (https://www.nusc.gov.tw/wSite/public/Attachment/f1712543944648.pdf)
2. 醫用迴旋加速器設施的活化特性與蒙地卡羅分析技術 (國立清華大學/臺灣醫用迴旋加速器學會) (https://www.nusc.gov.tw/wSite/public/Attachment/f1606272520864.pdf)