有一活度為10¹⁰貝克的加馬放射核種,其Γ值為10⁻⁴ mSv•m²/MBq•h,則距此放射核種一公尺處的劑量率為多少mSv/h?
詳細解析
本題觀念
本題考查加馬點源的劑量率計算,以及活度單位 Bq 與 Γ 值所用 MBq 單位的換算。加馬劑量率常用關係式為 Ḣ = ΓA/r²,其中 Ḣ 是距離射源 r 處的劑量率,Γ 是加馬常數,A 是射源活度。解題時有兩個關鍵:先把 10¹⁰ Bq 轉成 MBq,再確認一公尺時 r² = 1,不能把 Bq 的數字直接代入 Γ。單位只要逐步對齊,答案會很快落在 1 mSv/h。
選項分析
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A.0.001 mSv/h,不正確。 題目給的活度是 10¹⁰ Bq,因為 1 MBq = 10⁶ Bq,所以 A = 10¹⁰ ÷ 10⁶ = 10⁴ MBq。若誤把 Bq 轉換成 MBq 時多除幾個十的次方,才可能得到遠低於正確值的結果。
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B.0.01 mSv/h,不正確。 這個數值比正確答案低兩個數量級,通常代表活度單位換算少處理一部分,或把 Γ 值與活度的次方錯配。Γ 的分母已經指定 MBq,不能把 10¹⁰ 這個 Bq 數字原封不動放進乘法。
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C.0.1 mSv/h,不正確。 一公尺處的距離因子是 1/r² = 1,沒有額外的十分之一修正。若把一公尺誤當成十公尺,或在換算時多除一個 10,便可能得到 0.1;但題目並未提供這些條件。
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D.1.0 mSv/h,正確。 活度換算後為 10⁴ MBq,Γ = 10⁻⁴ mSv·m²/(MBq·h),距離 r = 1 m。代入後 10⁻⁴ × 10⁴ ÷ 1² = 1 mSv/h,因此 D 符合。
答案解析
本題答案為 D。先處理活度:
10¹⁰ Bq = 10¹⁰ ÷ 10⁶ MBq = 10⁴ MBq。
再使用點源劑量率公式:
Ḣ = ΓA/r² = [10⁻⁴ mSv·m²/(MBq·h)] × [10⁴ MBq] ÷ (1 m)² = 1 mSv/h。
從單位也可以驗算:mSv·m²/(MBq·h) 乘上 MBq,再除以 m²,最後只留下 mSv/h。這一步能確認沒有把 Γ 值當成單純數字。若距離改成 2 m,劑量率會降為四分之一;若活度增加十倍,在幾何與屏蔽條件相同下,劑量率則增加十倍。本題只指定一公尺,故直接得到 1.0 mSv/h。
核心知識點
- 點源劑量率: Ḣ = ΓA/r²,表示劑量率與活度成正比、與距離平方成反比。
- 活度換算: 1 MBq = 10⁶ Bq,因此 10¹⁰ Bq = 10⁴ MBq;使用公式前必須先配合 Γ 的分母單位。
- 距離效應: r 以公尺代入;一公尺時 r² = 1,兩公尺時為 4,不能把距離本身而非距離平方放入分母。
- Γ 值單位: mSv·m²/(MBq·h) 同時包含活度、距離與時間,最後計算結果才會是 mSv/h。
- 數量級檢查: 10⁴ 與 10⁻⁴ 相乘正好抵消,且距離因子為 1,所以結果應接近 1,而非 0.001、0.01 或 0.1。
- 適用條件: 公式是點源、特定核種與幾何條件下的理想化估算;若有屏蔽、散射、源體積或不同量測幾何,應依題目提供的修正因子處理。
- 穩定流程: 先統一活度單位,再代入 ΓA/r²,最後用量綱與數量級回算,是避免放射防護計算失分的實用方法。