115年:醫物幅安(2)

蓋革計數器其計測效率為50%,量測一射源時其計數值為每分鐘1,200 個計數,且每次衰變有1 個輻射產生,則該射源活度為多少Ci?

A1.081×10⁻⁹
B1.081×10⁻⁸
C2.162×10⁻⁹
D2.162×10⁻⁸

詳細解析

本題觀念:

蓋革計數器顯示的是單位時間內被偵測到的計數,不等於射源在同一時間內實際發生的全部衰變。解這類活度換算題,必須先用計測效率把計數率還原成衰變率,再把每分鐘的衰變數換成居里(curie, Ci);本題又指定每次衰變只產生一個可偵測輻射,因此不需另外修正每次衰變的輻射產率。計算順序若顛倒,最容易把 1,200 cpm 直接當成活度,或忘記效率只有 50%。這兩個錯誤都會讓答案差一個數量級。

選項分析

A 1.081×10⁻⁹:正確。計數效率為 50%,表示實際衰變中只有 0.50 被計數器登錄,所以射源的衰變率為 1,200 ÷ 0.50 = 2,400 disintegrations/min。1 Ci 等於 3.7×10¹⁰ Bq,而 1 Bq 是每秒一次衰變,換成每分鐘即為 3.7×10¹⁰×60 = 2.22×10¹² disintegrations/min。因此活度為 2,400 ÷ 2.22×10¹² = 1.081×10⁻⁹ Ci,符合 A。

B 1.081×10⁻⁸:不正確。數值是正確結果的十倍,常見原因是把 cpm 轉換到 Ci 時少算一個十的次方,或錯用 Ci 與 Bq 的換算關係。只要先確認 1 Ci 約等於 2.22×10¹² 次衰變/分鐘,就能排除此選項。

C 2.162×10⁻⁹:不正確。這個數值約為 A 的兩倍,可能是將 50% 效率以錯誤方式處理,或在修正計數率時重複套用效率。效率修正應是除以 0.50,而非再把已修正的數值乘以二次或另加一個未由題目提供的因子。

D 2.162×10⁻⁸:不正確。它同時比 A 大約二十倍,與效率處理及 Ci 換算都不相容。題目明確給出每次衰變只有一個輻射產生,不能擅自假設有多個輻射,因此沒有理由再將活度放大。

答案解析

本題的核心公式可寫成:實際衰變率(dpm)=計數率(cpm)÷計測效率÷每次衰變的可偵測輻射數。代入資料後,實際衰變率=1,200÷0.50÷1=2,400 dpm。由 1 Ci=3.7×10¹⁰ dps,且每秒與每分鐘相差 60 倍,可得 1 Ci=2.22×10¹² dpm。

所以

活度=2,400/(2.22×10¹²) Ci=1.081×10⁻⁹ Ci。

答案選 A。判斷單位也很重要:分子是每分鐘衰變數,分母必須使用每分鐘衰變數的 Ci 定義;若直接拿 3.7×10¹⁰ 去除,卻沒有把秒轉成分鐘,會得到錯誤結果。計測效率描述的是「實際衰變被記錄的比例」,不是射源本身的衰變機率,也不會改變核種的物理活度。

核心知識點

  1. 活度是單位時間內的核衰變數;Bq 的定義是 1 dps,Ci 則為 3.7×10¹⁰ Bq。
  2. 蓋革計數器的 cpm 是登錄計數率,必須依計測效率修正後,才能估算射源的實際衰變率。
  3. 若每次衰變產生 n 個相關輻射,且偵測效率為 ε,則 cpm=dpm×n×ε;本題 n=1、ε=0.50。
  4. 單位換算不可省略:1 Ci=3.7×10¹⁰ dps=2.22×10¹² dpm。
  5. 先修正效率、再統一時間單位、最後換算 Ci,是處理計數率與活度題的穩定流程。
  6. 計數率受到幾何位置、屏蔽、背景與儀器效率影響;儀器讀值不能在未修正前直接視為射源活度。

參考資料

  1. NRC 10 CFR Part 20, §20.1005 Units of radioactivity
  2. IAEA Nuclear Science Glossary: Counting efficiency and count rate
  3. NIST Guide to the SI, Chapter 5
  4. What is a Geiger Counter?