112年:醫物幅安(2)

關於 α發射( alpha emission ),下列敘述何者錯誤?

A質量數較大且中子與質子比值較低之元素較容易發生
Bα粒子是由 2個質子與 2 個中子組成,穿透能力較小
Cα粒子必須帶有足夠能量以穿隧庫倫障蔽( Coulomb barrier )
Dα粒子能量約為數個 keV ,能量源自於放射前後元素之質量下降

詳細解析

本題觀念:

本題測驗核物理中「α衰變(Alpha decay)」的基礎觀念,包含衰變的發生條件、α粒子的物理組成、穿透能力、量子穿隧機制,以及釋放能量的數量級與來源。

選項分析

選項 (A):質量數較大且中子與質子比值較低之元素較容易發生 正確。 α衰變主要發生在質量數較大(通常原子序 Z > 82)的不穩定重核中。由於 α粒子(氦核)由 2 個質子和 2 個中子組成,其中子與質子比值(N/Z ratio)為 1。而重核的 N/Z 比通常大於 1,當重核釋放出 N/Z 比為 1 的 α粒子後,剩餘子核的 N/Z 比值會微幅上升(數學上,當 N > Z 時,N2Z2>NZ\frac{N-2}{Z-2} > \frac{N}{Z})。因此,對於中子與質子比值相對較低(即相對缺乏中子或質子過多)的重元素,會傾向透過發生 α衰變來提高 N/Z 比,使核狀態更趨近於穩定線。

選項 (B):α粒子是由 2個質子與 2 個中子組成,穿透能力較小 正確。 α粒子本質上是失去兩個電子的氦原子核(24He2+^4_2He^{2+}),具有 2 個質子與 2 個中子。因為其質量大且帶有 +2 單位電荷,在物質中行進時會與介質發生強烈的庫倫交互作用,產生極高的直線能量轉移(LET),導致其能量迅速耗盡。因此,α粒子的穿透能力非常弱,在空氣中僅能飛行幾公分,一張紙或人體的

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