115年:醫物幅安(2)

某放射性核種在腎臟中的生物半衰期為100 天,其物理半衰期為50 天。該核種的有效清除率常數(λE,單位: d⁻¹)約為多少?

A33.33
B0.009
C0.021
D0.033

詳細解析

本題觀念

有效清除率常數 λE 描述放射性核種同時受到物理衰變與生物清除時,體內活度下降的總速率。物理半衰期反映核種本身的放射性衰變,生物半衰期反映腎臟等器官把核種移除的速度;兩種彼此獨立的清除機制會使衰變常數相加。因此本題不能直接把 50 天和 100 天相加,也不能把半衰期倒數相加後就當成 λE,必須先用 λ=ln2/T₁/₂ 將每個半衰期換成單位 d⁻¹ 的常數。

選項分析

**A.33.33:錯誤。**由 1/Te=1/Tp+1/Tb 可得有效半衰期 Te=1/(1/50+1/100)=33.33 天。這個數值的單位是天,不是題目要求的 d⁻¹;它代表活度因物理與生物清除共同作用而減半所需的時間,而不是有效清除率常數。若題目問 Te,才會選這個數值,但本題問的是 λE。

**B.0.009:錯誤。**這個數值不是把物理與生物半衰期正確轉換後相加得到的結果。半衰期與衰變常數的關係是 T₁/₂=ln2/λ,所以每一個半衰期都要乘上 ln2 的轉換因子;直接操作半衰期的倒數或錯誤取平均,會造成數值偏差。正確結果約為 0.0208 d⁻¹,不是 0.009 d⁻¹。

**C.0.021:正確。**先分別計算兩個清除過程的常數:

λp=fracln250=0.01386d1λp=frac{ln2}{50}=0.01386 d^{-1}

λb=fracln2100=0.00693d1λb=frac{ln2}{100}=0.00693 d^{-1}

再相加得到:

λE=λp+λb=0.01386+0.00693=0.02079d1λE=λp+λb=0.01386+0.00693=0.02079 d^{-1}

四捨五入後為 0.021 d⁻¹,所以 C 正確。由此也可反推 Te=ln2/λE≈33.33 天,與 A 所代表的有效半衰期一致,但兩者是不同物理量。

**D.0.033:錯誤。**0.033 d⁻¹ 並非由 ln2/50 與 ln2/100 正確相加得到。常見錯誤是把半衰期倒數、衰變常數或有效半衰期的概念混在一起,或在換算時遺漏 ln2。檢查單位和公式即可排除 D;正確的有效清除率常數是 0.02079 d⁻¹。

答案解析

本題依公告答案選 C。計算時先將物理半衰期與生物半衰期轉成各自的清除率常數,再利用獨立過程相加:

λE=fracln2Tp+fracln2Tb=fracln250+fracln2100=0.02079d1λE=frac{ln2}{Tp}+frac{ln2}{Tb}=frac{ln2}{50}+frac{ln2}{100}=0.02079 d^{-1}

因此約為 0.021 d⁻¹。另一種等價作法是先求有效半衰期 Te=TpTb/(Tp+Tb)=50×100/(50+100)=33.33 天,再用 λE=ln2/Te,仍會得到 0.02079 d⁻¹。兩種作法都顯示 A 的 33.33 是時間,不是本題要求的常數。

在核醫學或內部劑量評估中,物理半衰期和生物半衰期共同決定核種在器官內停留多久。生物清除越快,λb 越大,λE 就越大,有效半衰期也越短;這會影響器官吸收劑量與影像追蹤的時間安排。解這類題目時,最後一定要檢查單位:半衰期用天,λ 應用 d⁻¹;兩者不能直接互換。

核心知識點

  1. 單一放射性衰變常數為 λ=ln2/T₁/₂。
  2. 有效清除率常數為 λE=λp+λb=ln2/Tp+ln2/Tb。
  3. 有效半衰期滿足 1/Te=1/Tp+1/Tb,且 λE=ln2/Te。
  4. 本題 Tp=50 天、Tb=100 天,Te=33.33 天,λE=0.02079 d⁻¹≈0.021 d⁻¹。
  5. 計算題要同時檢查數值、物理量名稱與單位,避免把 Te 和 λE 混為一談。

參考資料

  1. IAEA Safety Glossary
  2. Basic Information on Radiation Health Effects
  3. IAEA–KINS Basic Professional Training Course on Nuclear Safety
  4. Effective half-life