113年:醫物幅安(1)

下圖有4種屏蔽材料,依據光子能量為50 keV時的屏蔽效果由優至劣排序為何? 圖片

A①②③④
B②③④①
C③④②①
D④③②①

詳細解析

本題觀念:

本題考查游離輻射防護中,不同原子序(Atomic number, Z)物質對於特定能量光子的屏蔽效果。物質的屏蔽能力在物理學上可由「質量衰減係數」(Mass attenuation coefficient, μ/ρ\mu/\rho)來評估,數值越大代表單位質量的物質能產生越好的輻射衰減效果。在低能光子(如 50 keV)的區間,光子與物質的作用機制以光電效應(Photoelectric effect)為主,其發生機率與物質原子序的三次方(Z3Z^3)成正比。因此,高原子序物質的衰減係數會遠高於低原子序物質。

影像分析:

圖片顯示四種不同屏蔽材料的質量衰減係數(單位為 cm2g1\text{cm}^2 \text{g}^{-1},對數尺度)與入射光子能量(單位為 MeV,對數尺度)之間的關係。

  • 曲線④:在 0.1 MeV 左側(約 0.088 MeV 處)有一個不連續的急遽下跌後突升的鋸齒狀圖形,此為典型的「K層吸收邊緣」(K-edge)特徵。由於鉛(Pb,Z=82)的 K-edge 恰好為 88 keV,且整體在低能量區段擁有極高的質量衰減係數,因此可判定曲線④代表高原子序物質(鉛)。
  • 曲線③與②:在 50 keV 時,其數值介於曲線④與曲線①之間,且在此能量範圍內並未出現明顯的 K-edge,代表中等原子序的物質(通常對應為鐵與鋁等防

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