114年:醫物幅安(1)

關於康普吞效應的敘述,下列何者錯誤?

A散射光子能量=入射光子能量-散射電子能量
B會影響影像的對比度
C作用機率與X光能量成正比
D常發生在原子外層或自由軌域電子

詳細解析

本題觀念:

X射線與物質的交互作用中,康普吞效應(Compton effect / Compton scattering)是游離輻射與物質作用的重要機制之一,特別是在診斷性X光(約 30 kVp - 150 kVp)以及放射治療能量範圍內。本題測驗對於康普吞效應的物理特性、能量守恆定理、對醫學影像的影響,以及其作用機率與X光能量、物質特性的關聯性。

選項分析

(A) 散射光子能量=入射光子能量-散射電子能量 正確。 根據能量守恆定律,入射光子的能量(EiE_i)等於散射光子的能量(EsE_s)、康普吞電子(又稱散射電子、回跳電子)的動能(EeE_e)以及電子束縛能(EbE_b)的總和,即 Ei=Es+Ee+EbE_i = E_s + E_e + E_b。由於康普吞效應主要發生在原子外層電子,其束縛能(EbE_b)極小,相較於入射光子能量可忽略不計。因此公式在實用上可簡化為 EiEs+EeE_i \approx E_s + E_e,移項後即為 Es=EiEeE_s = E_i - E_e

(B) 會影響影像的對比度 正確。 康普吞效應會產生偏離原入射方向的「散射光子」。這些散射光子若穿透人體並到達影像接收器(如平板偵測器或底片),會在影像上產生均勻分布的背景訊號(雜訊或霧翳 Fog)。這種無用的額外曝光會降低影像中不同組織間的訊號差異,進而降低影像對比度(C

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