109年:醫物幅安(2)

下列何種情況下最有可能產生制動輻射( bremsstrahlung )?

A靶物質的原子序愈大,入射電子能量愈低
B靶物質的原子序愈小,入射光子能量愈低
C靶物質的原子序愈大,入射電子能量愈高
D靶物質的原子序愈大,入射光子能量愈高

詳細解析

本題觀念:

制動輻射(bremsstrahlung)是帶電粒子(通常為電子)被靶材原子核的電場減速時,以光子形式釋放動能所產生的輻射。其產量與靶物質的原子序(Z)和入射電子能量兩者均呈正相關。

選項分析

(A) 靶物質的原子序愈大,入射電子能量愈低 靶物質原子序大確實有利,但入射電子能量愈低,代表電子動能不足,轉換為光子的能量也愈少,不利於制動輻射的產生。條件部分正確、部分錯誤。❌

(B) 靶物質的原子序愈小,入射光子能量愈低 首先,制動輻射由「入射電子」而非「入射光子」產生(光子不帶電荷,不能直接產生制動輻射)。其次,原子序愈小代表核電場愈弱,制動輻射效率愈低。此選項兩個條件均錯誤。❌

(C) 靶物質的原子序愈大,入射電子能量愈高

  • 原子序(Z)愈大:核電場愈強,入射電子受到的庫侖力愈大,減速愈劇烈,轉換為制動輻射的比例(ηZ\eta \propto Z)愈高。臨床上以鎢(W, Z=74)作為 X 光管靶材即基於此原則。
  • 入射電子能量愈高:電子動能愈大,可轉換的最大輻射能量愈高,制動輻射的強度與最高光子能量均增加。
  • 制動輻射轉換效率近似公式:η9×104ZkVp\eta \approx 9 \times 10^{-4} \cdot Z \cdot kVp,Z 與 kVp 均為正相關。✅

**(D) 靶物質的原子序愈大

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