113年:醫物幅安(1)

某一輻射場具有高強度中子與加馬射線,考慮使用同一種材料來屏蔽這二種輻射,下列何者是較佳的選擇?

A
B
C混凝土
D聚乙烯

詳細解析

本題觀念:

本題考驗游離輻射防護中「混合輻射場(Mixed radiation fields)」的屏蔽原則。在同時存在高強度中子 (Neutrons) 與加馬射線 (Gamma rays) 的環境下(例如:醫用迴旋加速器或核子反應爐),屏蔽材料必須同時具備兩種截然不同的物理特性:

  1. 中子屏蔽:需具備低原子質量的元素(尤其是「氫」),因為中子與輕核發生「彈性散射 (Elastic scattering)」時能量轉移最大,能最有效將快中子減速(熱化),進而使其被吸收。
  2. 加馬射線屏蔽:需具備高原子序 (Z) 與高密度的物質,以增加光電效應與康普頓游離的發生機率,有效衰減高能光子。 因此,在只能選擇單一材料的前提下,必須挑選能兼顧上述兩者的複合型物質。

選項分析

  • A. 鉛 (Lead):錯誤。鉛具有高原子序 (Z=82) 與高密度,是極佳的加馬射線屏蔽材料。然而,鉛的原子核質量太大,無法透過彈性散射有效使快中子減速。此外,快中子與高原子序物質作用時,容易引發非彈性散射或輻射捕獲反應,從而產生高能的二次加馬射線,反倒會增加整體的輻射劑量。
  • B. 鐵 (Iron):錯誤。鐵 (Z=26) 具有較高密度,對加馬射線有不錯的屏蔽效果,且能透過非彈性散射使極高能的快中子失去部分能量。但鐵缺乏輕元素(如氫),無法有效將中子減速至熱中子

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