111年:醫物幅安(1)

關於光電效應的敘述,下列何者錯誤?

A入射光子能量 = 電子的束縛能 + 光電子的動能
B光電效應最可能發生在外層軌道的電子
C當作用物質的原子序增加,其發生機率約與原子序 3 ~ 4 次方成正比
D一般而言,入射光子能量增加時,其光電效應機率會減少

詳細解析

本題觀念:

光電效應(Photoelectric effect)是游離輻射(如 X 光或加馬射線)與物質交互作用的重要機制之一。在診斷放射線學中,光電效應是形成影像對比(image contrast)的主要來源。當入射光子的能量略大於原子的內層電子束縛能時,光子會將全部能量轉移給該電子,光子本身完全被吸收而消失,該電子則獲得動能後脫離原子,成為「光電子」(photoelectron)。

選項分析

  • (A) 入射光子能量 = 電子的束縛能 + 光電子的動能正確。根據能量守恆定律,入射光子的總能量(EE)會等於克服電子束縛能(EbE_b)所需的能量,加上電子游離後所帶有的動能(EkE_k)。公式可表示為 E=Eb+EkE = E_b + E_k
  • (B) 光電效應最可能發生在外層軌道的電子錯誤。光電效應最常發生在**內層軌道(如 K 層或 L 層)**的束縛電子上。因為光電效應需要整個原子核來吸收反衝動量以符合物理上的動量守恆,與原子核結合較緊密的內層電子較容易發生此作用;相對地,「外層軌道電子」由於束縛能極低(幾乎可視為自由電子),與光子作用時主要參與的是康普吞散射(Compton scattering)。
  • (C) 當作用物質的原子序增加,其發生機率約與原子序 3 ~ 4 次方成正比正確。光電效應發生的機率(截

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