熱卡計內含有10 公斤的水作為介質並吸收10 Gy 劑量時，下列敘述何者最不適當？
詳細解析
本題觀念
本題考水熱卡計以溫度變化推算輻射吸收劑量，關鍵是先分清 Gray 的定義，再把吸收劑量換成總能量。1 Gy 代表每公斤介質吸收 1 J；所以 10 公斤的水接受 10 Gy 時，每公斤水吸收的是 10 J，整槽水共吸收 100 J，不是每公斤 1 J。這個單位換算是判斷 A 的核心。
熱卡計不是直接數光子，而是利用輻射能量沉積後造成的微小升溫。水的比熱約為 4.18 kJ/(kg·℃)，因此同樣的能量分散在 10 公斤水中，溫度上升幅度會很小；用熱敏電阻即可測量這種微小變化，再由 Q = mcΔT 回推吸收的能量與劑量。題目問最不適當，要找的是與 1 Gy = 1 J/kg 不相符的敘述。
選項分析
A．每公斤的水吸收 1 焦耳的能量：不適當，為本題答案。1 Gy 才等於每公斤吸收 1 J；本題劑量是 10 Gy，因此每公斤水吸收 10 J。10 公斤水的總水量為 10 kg，總能量應是 10 Gy × 10 kg = 100 J。把 10 Gy 誤讀成 1 Gy，少了一個 10 倍，是此選項錯誤的原因。
B．水溫度上升約 2.4×10⁻³ ℃：適當。先算總吸收能量 Q = Dm = 10 J/kg × 10 kg = 100 J。水的比熱 c 約為 4180 J/(kg·℃)，所以 ΔT = Q/(mc) = 100/(10×4180) ℃，約等於 2.39×10⁻³ ℃，可四捨五入為 2.4×10⁻³ ℃。
C．可利用熱敏電阻計量測溫度變化：適當。熱敏電阻的電阻值會隨溫度改變，經校正後能把電阻變化換算成溫度變化。熱卡計的溫升通常只有毫攝氏度等級，必須使用靈敏且穩定的感測元件；熱敏電阻正可偵測這類微小變化。
D．輻射能量可轉換為熱能量被吸收：適當。游離輻射在水中沉積能量後，部分會表現為介質的熱效應；熱卡計就是利用這個能量—溫升關係測量吸收劑量。實際劑量學還要考慮化學反應、熱傳導、容器與校正等修正，但不改變本題所考的基本物理原理。
答案解析
吸收劑量 D 的定義是單位重量所吸收的平均能量：D = Q/m，單位 Gy，而 1 Gy = 1 J/kg。因此本題 D = 10 Gy、m = 10 kg，Q = Dm = 100 J。若把水視為均勻介質，且忽略熱散失，溫度變化由 Q = mcΔT 決定。代入水的比熱 4180 J/(kg·℃)，可得 ΔT = 100 J ÷ (10 kg × 4180 J/(kg·℃)) ≈ 0.00239 ℃，也就是約 2.4×10⁻³ ℃。
要特別區分每公斤的能量與整個熱卡計的總能量。本題每公斤水的吸收能量是 10 J，總水量 10 kg 時才累積為 100 J；因為水量同時增加，溫升仍可快速寫成 ΔT = D/c，約為 10/4180 ℃。A 的 1 J/kg 其實只對應 1 Gy，與題目給的 10 Gy 不符。
水熱卡計的實務測量會把熱敏電阻放入水模體，在絕熱或受控熱交換條件下記錄照射前後的溫度差，並搭配校正因子修正熱傳導、容器及輻射化學效應。這些細節是為了提高治療級射束劑量測定的準確度；考試的基本判斷仍回到三個關係：Gy 是 J/kg、總能量是劑量乘水量、溫升是能量除以水量與比熱。故最不適當的是 A。
核心知識點
- 吸收劑量 D = Q/m；1 Gy = 1 J/kg，表示每公斤介質吸收的能量。
- 10 Gy 對每公斤水是 10 J；10 kg 水的總吸收能量是 100 J。
- 熱量公式 Q = mcΔT；水的比熱約 4.18 kJ/(kg·℃)。
- 本題溫升可快速由 ΔT = D/c 估算，約為 10/4180 = 2.4×10⁻³ ℃。
- 水熱卡計以吸收輻射後的溫升推算劑量，熱敏電阻可偵測微小溫度變化。
- 解題時要看清楚每公斤與總量，並確認 Gy 是否被誤換算成 J 而漏掉 kg。
參考資料
- Health physics
- Dosimetry for high dose applications
- Heat Transfer Effects in a Water Calorimeter for Measuring the Absorbed Dose of Therapy-Level Radiation Beams
- A Sealed Water Calorimeter for Measuring Absorbed Dose（PMID: 34306473）
- Standards and Codes of Practice for Absorbed Dose Determination in Radiotherapy
- The NRC sealed water calorimeter: correction factors and performance