高考申論題
106年
[核子工程] 原子物理
第 五 題
一個 5 MeV 阿爾發粒子與一個 0.1 MeV 之光子，穿過一片厚度為 0.01 mm 之鋁片。請問穿透鋁片後之阿爾發粒子與光子之能量分別為多少？（20 分）
假設此一鋁片對於 5 MeV 阿爾發粒子之阻擋本領（stopping power），-dE/dx，為一定值 120 MeV cm2 /g，鋁的密度 2.7 g/cm3 ；對於能量為 0.1 MeV 之光子，鋁的線性衰減係數（linear attenuation coefficient）為 0.432 cm-1。
假設此一鋁片對於 5 MeV 阿爾發粒子之阻擋本領（stopping power），-dE/dx，為一定值 120 MeV cm2 /g，鋁的密度 2.7 g/cm3 ；對於能量為 0.1 MeV 之光子，鋁的線性衰減係數（linear attenuation coefficient）為 0.432 cm-1。
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
本題考查帶電粒子（阿爾發粒子）與零質量游離輻射（光子）與物質交互作用的根本差異。阿爾發粒子會透過連續碰撞逐漸損失能量，需使用阻擋本領公式計算；而光子遵循機率性衰減，未發生作用而穿透的光子能量保持不變，這是一個經典的觀念陷阱題。
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【解題關鍵】阿爾發粒子的能量損失適用質量阻擋本領與密度的乘積；光子穿透物質時僅改變射束強度（光子數量機率），未發生作用的穿透光子能量不變。 【解答】 計算：
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輻射與物質交互作用
💡 帶電粒子具連續能量損耗，光子則為機率性交互作用。
| 比較維度 | 阿爾發粒子 (帶電) | VS | 光子 (中性) |
|---|---|---|---|
| 能量損失方式 | 連續碰撞，能量漸損 | — | 單次機率作用，全有或全無 |
| 計算核心參數 | 阻擋本領 (Stopping Power) | — | 衰減係數 (Attenuation) |
| 穿透後能量變動 | 隨穿透厚度增加而遞減 | — | 未作用者能量維持初值 |
| 穿透後數量變動 | 於射程內數量幾乎不變 | — | 數量隨厚度呈指數衰減 |
💬粒子穿透是「能量變小，數量不變」；光子穿透是「數量變少，能量不變」。
