113年:放射器材(1)

陽極靶以鎢(tungsten)作為最適化材料,下列何者不是其主要原因?

A高原子序
B良好熱傳導性
C高熔點
D高導電性

詳細解析

本題觀念:

本題探討X光管中「陽極靶(anode target)」材料選擇的物理與熱力學考量。在一般診斷用X光管中,最常選擇鎢(Tungsten, 原子序74)作為陽極靶的主要材料。當高速電子自陰極射出並撞擊陽極靶時,高達99%的電子動能會轉換為熱能,僅約1%轉換為X光。因此,靶材的選擇必須同時兼顧「極大化X光產生效率」與「承受極端高溫」的能力。

選項分析

  • (A) 高原子序(High atomic number):正確,為主要原因之一。鎢的原子序為74。根據輻射物理學原理,制動輻射(Bremsstrahlung)的產生效率與靶材的原子序(Z)成正比。高原子序能大幅提高電子動能轉換為X光的效率,並產生較高能量的射束。
  • (B) 良好熱傳導性(Good thermal conductivity):正確,為主要原因之一。由於電子撞擊靶面時會產生極高熱量,鎢具備接近銅的良好熱傳導性,能夠迅速將焦斑(focal spot)上的熱能傳遞至陽極底座或散熱結構,避免靶面因局部熱量蓄積而受損。
  • (C) 高熔點(High melting point):正確,為主要原因之一。鎢的熔點極高(約3422°C)。在承受大管電流(tube current)與連續高負荷曝光時,高熔點可確保靶面不會因為高溫而發生局部熔化、起泡(bubbling)或產生凹洞(pit

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