113年:放射器材(1)

若1,000 個150 keV的光子先通過5 mm厚的銅板(密度:8960 kg/m³),然後再通過8 mm厚的鋁板(密度:2699 kg/m³),則通過銅板及鋁板的光子數約為多少? (150 keV的光子對銅的質量衰減係數為0.2217cm²/g,對鋁的質量衰減係數為0.1378 cm²/g)

A46
B136
C248
D275

詳細解析

本題觀念:

本題測驗的核心觀念為X射線的指數衰減定律 (Exponential Attenuation Law) 以及質量衰減係數 (Mass Attenuation Coefficient) 的應用。 當單一能量(單能, Monoenergetic)的X射線光子穿過物質時,其強度(或光子數)會隨著穿透厚度呈指數衰減,公式為 N=N0eμxN = N_0 e^{-\mu x}。其中 μ\mu 為「直線衰減係數 (Linear attenuation coefficient)」,單位通常為 cm1\text{cm}^{-1}

為了排除同種物質在不同密度(例如液態、氣態或壓實程度不同)下造成的影響,物理上常使用「質量衰減係數 (μ/ρ)(\mu/\rho)」,單位通常為 cm2/g\text{cm}^2/\text{g}。兩者的關係為: μ=(μρ)×ρ\mu = \left(\frac{\mu}{\rho}\right) \times \rho 當射束連續穿過多層不同的屏蔽物質時,總穿透光子數為各層衰減效果的連乘積,即: N=N0×e(μ1x1+μ2x2+)N = N_0 \times e^{-(\mu_1 x_1 + \mu_2 x_2 + \dots)}

選項分析

在進行計算之前,必須先將所有物理量的單位統一。質量衰減係數的單位為 cm2/g\text{cm}^2/\text{g},因此密度應轉換為 $\

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