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高考申論題 105年 [輻射安全] 放射物理學

第 一 題

📖 題組:
四、已知射源的活度為 2 Ci,其發射光子能量為 hv(MeV),空氣質量吸收係數為(μab/ρ)air(m2/kg),1 R = 0.00873 J/kg-air。試求: ㈠距離射源 1 米處每小時光子通量(光子數/m2hr)?(10 分) ㈡此處之暴露率(R/hr)?(10 分) ㈢此處的 Γ 值(Rm2/hrCi)?(10 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

距離射源 1 米處每小時光子通量(光子數/m2hr)?(10 分)

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本題測驗活度(Activity)與光子通量(Photon fluence)的轉換。解題關鍵在於先將射源活度(Ci)轉換為每小時發射的總光子數,接著利用點射源的平方反比定律,將總光子數均勻分佈於半徑為 1 公尺的球體表面積(4πr²),即可求得單位面積上的光子通量。

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【解題思路】利用活度單位換算求出每小時總發射光子數,再代入點射源的平方反比定律(除以球表面積 $4\pi r^2$)求得光子通量。 【詳解】 已知:

小題 (二)

此處之暴露率(R/hr)?(10 分)

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計算暴露率的關鍵在於建立『光子通量 → 能量通量 → 空氣吸收劑量 → 暴露率』的物理轉換鏈。先將射源活度轉換為每小時發射光子數,乘上光子能量(換算為焦耳)得到能量通量,再利用空氣質量吸收係數求出每公斤吸收的焦耳數,最後除以侖琴的能量定義值即可得解。

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【解題思路】利用點射源逆平方定律計算能量通量率,結合空氣質量吸收係數求得空氣吸收劑量率,再以 1 R = 0.00873 J/kg-air 轉換為暴露率。 【詳解】 已知:

小題 (三)

此處的 Γ 值(Rm2/hrCi)?(10 分)

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利用特定加馬射線常數(Specific gamma-ray constant, Γ)的物理定義式 Γ = (Ẋ·r²)/A,這是一個僅與核種發射光子能量及空氣吸收特性有關的常數。將前一小題推導出的暴露率公式代入,消去活度與距離變數,即可得到純參數的常數表達式。

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【解題思路】利用特定加馬射線常數(Specific gamma-ray constant, Γ)的物理定義式,將暴露率推導公式代入,即可消去活度 A 與距離 r 的影響,求得僅依賴核種特性的常數。 【詳解】 已知:

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