以 g/cm²為單位，下列關於質子射束之敘述，何者正確？①質子射束的質量阻擋本領（mass stopping power, S）在高原子序的物質比低原子序的物質大 ②使用高原子序的物質散射質子射束較有效率 ③使用低原子序的物質降低質子射束的能量較有效率

本題觀念：

本題探討質子射束（proton beams）與物質交互作用時的物理特性，主要包含兩個核心機制：

1. 能量損失（Energy loss）：質子主要透過與靶物質的軌道電子發生非彈性碰撞來損失能量。衡量此效應的物理量為質量阻擋本領（Mass stopping power, $S/\rho$），單位為 $\text{MeV} \cdot \text{cm}^2/\text{g}$。
2. 多重庫侖散射（Multiple Coulomb scattering）：質子在行進時會受靶物質的原子核庫侖力影響而產生偏折。散射程度與靶物質的原子序（$Z$）高度相關。

選項分析

• ① 質子射束的質量阻擋本領（mass stopping power, S）在高原子序的物質比低原子序的物質大：錯誤。 質量阻擋本領與介質的電子密度成正比，即與靶物質的 $Z/A$（原子序除以質量數）成正比。在自然界的元素中，除了氫（$Z/A \approx 1$）之外，隨著原子序 $Z$ 的增加，$Z/A$ 的比值會呈現下降的趨勢（例如碳約為 0.5，鉛約為 0.4）。因此，以 $\text{g}/\text{cm}^2$ 為單位來看，低原子序（low-Z）物質的質量阻擋本領是大於高原子序（high-Z）物質的。

• **② 使用高原子序的物質散射質子射束較有效率：正

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