106年:核醫診療(1)

會產生成對效應( pair production )的γ射線,其能量需大於:

A140 keV
B280 keV
C511 keV
D1.022 MeV

詳細解析

本題觀念:

成對效應(pair production)是高能光子(γ射線)在原子核電場中轉化為一個電子(electron)和一個正電子(positron)的過程。由於需同時創造兩個靜止質量各為 0.511 MeV 的粒子,依照能量守恆定律,γ射線的最低門檻能量為 2×0.511=1.0222 \times 0.511 = 1.022 MeV。

選項分析

(A) 140 keV:這是 99m^{99m}Tc 的特徵γ射線能量,遠低於成對效應所需的能量,不正確

(B) 280 keV:無特殊物理意義對應成對效應門檻,不正確

(C) 511 keV:此為單一電子(或正電子)的靜止質量能(rest mass energy),但成對效應需同時產生兩個粒子(電子+正電子),因此能量需為兩倍,不正確

(D) 1.022 MeV:此為成對效應的最低門檻能量,等於電子與正電子靜止質量能的總和:

Ethreshold=2×mec2=2×0.511 MeV=1.022 MeVE_{threshold} = 2 \times m_e c^2 = 2 \times 0.511\ \text{MeV} = 1.022\ \text{MeV}

此為正確答案。

答案解析

成對效應發生的先決條件是γ光子攜帶的能量必須超過兩個粒子靜止質量的總和。電子的靜止質量能(mec2m_e c^2)= 0.51

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