108年:放射器材(2)

有關電⼦與 X光的物理性質,下列敘述何者正確?

A比較靜⽌質量,放射治療的 X光比放射治療的電⼦⼩
B比較⾃旋量 spin ,放射治療的 X光與放射治療的電⼦相同
C比較傳播前進速度,放射治療的 X光與放射治療的電⼦傳播前進速度相同
D比較靜⽌質量,放射治療的 X光與放射治療的電⼦相同

詳細解析

本題觀念:

本題考查放射治療中使用的光子(X光)與電子的基本粒子物理性質比較,包括靜止質量(rest mass)、自旋量子數(spin)和傳播速度(propagation speed)。

選項分析

(A)比較靜止質量,放射治療的 X光比放射治療的電子小。(答案) 正確。光子(photon)是電磁輻射的量子,其靜止質量(rest mass)= 0。電子的靜止質量 me=9.109×1031m_e = 9.109 \times 10^{-31} kg,靜止能量為 mec2=0.511 MeVm_e c^2 = 0.511 \text{ MeV}。因此 X 光靜止質量(0)確實小於電子靜止質量(0.511 MeV/c20.511 \text{ MeV}/c^2)。

(B)比較自旋量,放射治療的 X光與放射治療的電子相同。 錯誤。光子是玻色子(boson),自旋量子數 s=1s = 1。電子是費米子(fermion),自旋量子數 s=12s = \frac{1}{2}。兩者自旋不同,無法相同。

(C)比較傳播前進速度,放射治療的 X光與放射治療的電子傳播前進速度相同。 錯誤。光子在真空中以光速 c3×108 m/sc \approx 3 \times 10^8 \text{ m/s} 傳播。放射治療的電子束雖已加速至接近光速(如 6–20 MeV 電子的速度 $v \approx 0.9

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