115年:核醫診療(2)

量測氚之放射活度,最理想的偵檢器為:

A半導體偵檢器
B蓋革偵檢器
C固態閃爍偵檢器
D液態閃爍計數器

詳細解析

本題觀念

本題考的是低能量β粒子的偵測效率與樣品幾何。氚(³H)是放出低能量β粒子的放射性核種,最大β能量約只有18 keV;粒子能量很低,在空氣、容器壁或偵檢器入口窗中都可能先被吸收,因此偵測器能否讓β粒子有效進入感測介質,是選擇儀器的關鍵。

測量放射活度不只是看偵檢器能不能對β粒子產生反應,還要考慮計數效率與樣品幾何。理想方法應讓樣品中的氚盡量完整地被偵測,減少自吸收、窗口吸收與幾何損失,並把每次衰變轉成容易量測的訊號。液態閃爍計數器正好符合這些條件。

選項分析

A. 半導體偵檢器:不正確。半導體偵檢器具有良好的能量解析能力,也能測量部分β輻射,但氚的β能量太低,粒子由樣品逸出並進入偵檢器的過程容易受到樣品厚度、表面材料與空氣間隙影響。若目標是直接量測氚的活度,這些幾何與能量損失會使效率不如液態閃爍法。

B. 蓋革偵檢器:不正確。蓋革偵檢器必須讓β粒子穿過入口窗,在氣體中造成游離並形成脈衝。氚β粒子的能量極低,常在到達氣體前就被空氣或窗口吸收;即使使用薄窗型設計,仍不如把樣品直接置於閃爍介質中的方法適合精確量測活度。

C. 固態閃爍偵檢器:不正確。固態閃爍體通常位於樣品外部,偵測效率會受樣品與閃爍體之間的距離、樣品自吸收及β粒子射程限制。低能量β粒子很容易在抵達固態閃爍體前損失能量,因而不適合作為氚活度的最理想偵檢器。

D. 液態閃爍計數器:正確。把含氚樣品直接混入液態閃爍液,β粒子可在樣品周圍的閃爍介質中產生光訊號,避免先穿越空氣或偵檢器窗口;樣品與閃爍液充分混合時,還可形成近似4π的偵測幾何,提高低能量β粒子的計數效率。

答案解析

本題依公告答案選 D。氚的衰變主要是低能量β放射,最大β能量約18 keV,對外部型偵檢器而言,空氣、容器與入口窗都可能造成顯著吸收。液態閃爍計數器將樣品溶解或均勻懸浮於閃爍液中,讓β粒子在樣品內或附近直接激發閃爍分子,產生光子,再由光電倍增管轉為可計數的電子脈衝。

這種配置同時改善兩件事:第一,降低低能量β粒子在到達偵檢器前被阻擋的機會;第二,讓衰變事件從多個方向都可能被收集,接近4π幾何。因而對液體、溶解樣品或表面擦拭樣品中的氚,液態閃爍計數器通常比半導體、蓋革或外置固態閃爍偵檢器更合適。題目問的是「最理想」,不是「唯一能夠偵測」;其他儀器在特定條件下可能有訊號,但整體計數效率與樣品適配性仍以 D 最佳。

核心知識點

  1. 氚(³H)是低能量β發射核種,最大β能量約18 keV,偵測時特別容易受空氣、樣品自吸收與窗口吸收影響。
  2. 液態閃爍法讓樣品直接進入閃爍介質,可減少外部幾何與入口窗造成的能量損失。
  3. 樣品均勻混入閃爍液可提供近似4π的偵測幾何,提升低能量β粒子的計數效率。
  4. 蓋革與外置固態閃爍偵檢器不是完全不能測量氚,而是對低能量β粒子的收集效率與樣品幾何較不理想。
  5. 儀器選擇要同時考量輻射種類、能量、樣品型態、粒子射程與偵測幾何;氚活度的標準理想選擇是液態閃爍計數器。

參考資料

  1. IAEA:Liquid Scintillation Counters, Chapter 7
  2. IAEA:Technical Reports Series No. 421
  3. Hong Kong Observatory:Liquid scintillation counting
  4. EPA:Tentative reference method for tritium