下圖²²⁶Ra核種最有可能進行何種衰變？

本題觀念：

本題測驗核心為核種衰變圖（Decay scheme）的圖譜判讀以及鐳-226（Radium-226, $^{226}\text{Ra}$）的衰變特性。醫事放射師必須熟稔各類游離輻射衰變的物理路徑及其在衰變圖上的表示方式。

影像分析：

1. 衰變圖的座標系統：在標準的核物理衰變圖中，垂直軸代表「能量（Energy）」，水平軸代表「原子序（Atomic number, Z）」。
2. 斜向左下方箭頭（核種轉換）：圖中顯示母核種 $^{226}\text{Ra}$（半衰期 1600 年）衰變至子核種 $^{222}\text{Rn}$（半衰期 3.8 天）。此過程質量數（A）由 226 減少至 222（$\Delta A = -4$），且原子序（Z）由鐳的 88 減少至氡的 86（$\Delta Z = -2$）。質量數減少 4 且原子序減少 2 是標準的阿伐（$\alpha$）衰變特徵。圖中向左下方的斜線即代表原子序減少的衰變路徑。
3. 垂直向下箭頭（能階躍遷）：圖中顯示子核種 $^{222}\text{Rn}$ 生成時，部分核種會處於 448 keV 或 186 keV 等激發態能階。隨後垂直向下的箭頭表示核種從激發態躍遷至基態，此過程不改變原子序與質量數，僅釋放多餘的能量，為典型的加馬（$\gamma$）衰變（或內部轉換過程）。

選項分析

• (A) α及γ：正確。由影像中的核種變化（$^{226}\text{Ra} \to ^{222}\text{Rn}$，$\Delta A = -4$, $\Delta Z = -2$）可知其發生 $\alpha$ 衰變；而圖中垂直向下的箭頭則代表由激發態躍遷回基態時伴隨發射的 $\gamma$ 射線。
• (B) 電子捕獲及γ：錯誤。電子捕獲（Electron capture, EC）發生時，原子核捕獲軌道電子，使質子轉變為中子，導致原子序（Z）減少 1 但質量數（A）不變（$^{226}\text{Ra} \to ^{226}\text{Fr}$）。這無法產生圖中的 $^{222}\text{Rn}$。
• (C) 電子捕獲及β+：錯誤。$\beta^+$ 衰變（正子游離）與電子捕獲均會使原子序減少 1、質量數不變。兩者皆無法解釋圖中質量數減少 4 及原子序減少 2 的現象。
• (D) β+及γ：錯誤。如前所述，$\beta^+$ 衰變會使原子序減少 1、質量數不變，亦無法產生 $^{222}\text{Rn}$。

答案解析

綜合上述分析，圖中顯示的衰變路徑清楚標示了母核種為 $^{226}\text{Ra}$，子核種為 $^{222}\text{Rn}$。兩者的質量數差異為 4，原子序差異為 2，此為釋放 $\alpha$ 粒子（即氦核 $^4_2\text{He}$）的明確證據。此外，圖中標示了子核種 $^{222}\text{Rn}$ 的激發態能階（如 186 keV 與 448 keV），以及表示能量釋放的垂直向下箭頭，這代表原子核由激發態躍遷回基態所伴隨的 $\gamma$ 射線發射。因此，$^{226}\text{Ra}$ 最主要進行的衰變為 $\alpha$ 衰變，並伴隨 $\gamma$ 衰變。正確答案為選項 (A)。

核心知識點

醫事放射師應熟記衰變圖的標準判讀準則：

1. 向右下方斜線：原子序增加 1，代表 $\beta^-$ 衰變。
2. 向左下方斜線：原子序減少。可能為 $\alpha$ 衰變（Z減少2）、$\beta^+$ 衰變或電子捕獲（Z減少1）。
3. 垂直向下直線：原子序與質量數皆不變，代表同分異構物躍遷（Isomeric transition），即發射 $\gamma$ 射線或發生內部轉換（Internal conversion）。

臨床重要性

在早期的放射治療領域，$^{226}\text{Ra}$ 曾被製成射源（如鐳針）廣泛應用於近接治療（Brachytherapy），利用其子代核種衰變過程中產生的高能 $\gamma$ 射線來毒殺腫瘤細胞。然而，由於其具有 1600 年極長的半衰期，且其衰變產物氡氣（$^{222}\text{Rn}$）具高放射毒性與擴散外洩風險，現今臨床上已全面被 $^{192}\text{Ir}$、$^{137}\text{Cs}$ 或 $^{60}\text{Co}$ 等較安全的密封放射性同位素取代。相關衰變物理特性仍是國家證照考試中核能物理與輻射防護的必考基礎。

參考資料

1. National Nuclear Data Center (NNDC) - 226Ra Decay Scheme