115年:醫物幅安(2)

光子與100 g 物質作用,作用後轉移了0.5 J 的能量給物質,物質的吸收劑量為4.0 Gy,在電子平衡的條件下,其克馬及輻射克馬分別為多少Gy?

A4; 1
B4; 0.5
C5; 1
D5; 4

詳細解析

本題觀念

本題考的是克馬(kerma)、吸收劑量與電子平衡之間的關係,關鍵是先把能量與公斤數換成 Gy,再分辨總克馬和碰撞克馬。0.5 J 並不是 0.5 Gy,因為 Gy 的定義是 J/kg;100 g 必須換成 0.100 kg。電子平衡時,吸收劑量 D 等於碰撞克馬 Kcol,而總克馬 K 還包含帶電粒子以輻射形式損失的部分,因此可用 K = Kcol + Krad 求出輻射克馬。

選項分析

**A.4; 1:不正確。**這個選項把總克馬誤當成已知的吸收劑量 4 Gy。由光子轉移給帶電粒子的初始動能計算總克馬:K = Etr/m = 0.5 J ÷ 0.100 kg = 5 Gy。電子平衡只讓 D 與 Kcol 相等,並不會讓總克馬直接變成 4 Gy。雖然 1 Gy 的輻射克馬數值最後會出現,但第一個數字錯了,所以整組不能選。

**B.4; 0.5:不正確。**0.5 是轉移的能量,單位是 J,不是以每公斤表示的 Gy。換算後總克馬為 5 Gy;而且電子平衡下 Kcol = D = 4 Gy,因此 Krad 應由兩者相減得到 1 Gy,不是 0.5 Gy。

**C.5; 1:正確。**先求總克馬:K = 0.5/0.100 = 5 Gy。電子平衡表示帶電粒子進入小體積的能量與離開的能量在局部相互平衡,所以吸收劑量等於碰撞克馬,Kcol = D = 4 Gy。再用 K = Kcol + Krad,得到 Krad = 5 − 4 = 1 Gy。因此克馬與輻射克馬分別是 5 Gy、1 Gy。

**D.5; 4:不正確。**D 的第一個數字 5 Gy 是總克馬的正確值,但把吸收劑量 4 Gy 直接當成輻射克馬。4 Gy 在電子平衡條件下代表碰撞克馬 Kcol;輻射克馬是總克馬中因制動輻射等方式離開局部沉積路徑的部分,應為 K − Kcol,而不是 Kcol 本身。

答案解析

本題答案為 C,5; 1。計算順序可固定成兩步。第一步處理單位:100 g = 0.100 kg,所以光子轉移 0.5 J 所代表的總克馬為 5 J/kg,也就是 5 Gy。第二步套用電子平衡:D = Kcol = 4 Gy。由總克馬分解式 K = Kcol + Krad,可得 Krad = 5 − 4 = 1 Gy。

克馬描述的是不帶電粒子把能量轉移給次級帶電粒子的初始動能總和,吸收劑量則描述局部物質真正吸收的平均能量。兩者在電子平衡且輻射損失可分開處理時,總克馬不必等於吸收劑量;只有碰撞克馬與吸收劑量相等。看到題目同時給出「電子平衡」與 D,就要立刻把 4 Gy 指向 Kcol,而不是拿來取代 K。

核心知識點

  1. Gy = J/kg;計算劑量前,必須把 100 g 換成 0.100 kg。
  2. 克馬公式為 K = Etr/m,本題 K = 0.5/0.100 = 5 Gy。
  3. 克馬可分為碰撞克馬與輻射克馬:K = Kcol + Krad。
  4. 電子平衡下,吸收劑量 D 等於碰撞克馬 Kcol。
  5. 本題 D = Kcol = 4 Gy,因此 Krad = K − Kcol = 1 Gy。
  6. 吸收劑量、碰撞克馬與總克馬的物理意義不同,不能只看數字是否以 Gy 表示就直接互換。
  7. 解題檢查可用單位與加總驗證:5 Gy = 4 Gy + 1 Gy,結果彼此一致。

參考資料

  1. IAEA: Diagnostic Radiology Physics
  2. NISTIR 4680: Photon, Electron, Proton and Neutron Interaction Data