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高考申論題 108年 [核子工程] 輻射度量

第 一 題

📖 題組:
下圖為二種偵檢器之 X 光能譜圖,
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請計算此二偵檢器之能量分辨率各為何?(8 分)

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看到能譜圖求能量分辨率,應直覺聯想到公式 R = (FWHM / H0) × 100%。解題關鍵在於精確讀圖:先找出兩條曲線的「最高計數率」並對應至 X 軸取得「中心能量 (H0)」,接著將最高計數率除以 2 得到「半高計數率」,最後在該高度讀取左右交點的 X 軸差值以求得半高寬 (FWHM) 並代入公式計算。

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【解題關鍵】能量解析度(Resolution)公式為 $R = \frac{FWHM}{H_0} \times 100%$,需從能譜圖中正確讀取尖峰中心能量($H_0$)與半高寬(FWHM)。 【解答】 計算:由於考題圖表為圖形化數據,數值取合理之讀圖估計值。

小題 (二)

試問使用此二偵檢器於乳房攝影檢查,各有何優缺點?(6 分)

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看到此題,應先從能譜圖差異推論偵檢器的物理特性:Detector #1 缺乏高能尾部,推斷為「較薄」之偵檢器;Detector #2 對高能光子仍有吸收,推斷為「較厚」之偵檢器。接著,緊扣「乳房攝影」的核心需求(需要極高『空間解析度』來尋找微鈣化點,且使用『低能量 X 光』),將偵檢器厚度與空間解析度、量子偵測效率(DQE)的互斥關係(Trade-off)代入,即可有條理地列出各自的優缺點。

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【破題】 由 X 光能譜圖可知,Detector #1 對高能光子響應截斷較早,推論其為有效厚度較「薄」之偵檢器;Detector #2 能譜具有明顯的高能尾部(延伸至 >100 kV),顯示其能吸收較高能量光子,推論其為有效厚度較「厚」之偵檢器。以下結合乳房攝影需具備「極高空間解析度(以利辨識微鈣化點)」與「高對比度」之臨床需求進行優缺點分析。 【論述】

小題 (三)

試問使用此二偵檢器於電腦斷層攝影,各有何優缺點?(6 分)

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  1. 觀察圖形特徵:Detector #1 的能譜峰較窄、半高寬(FWHM)小,代表其「能量解析度」佳;Detector #2 的峰較寬平,代表能量解析度較差。2. 連結至 CT 應用:高能量解析度偵檢器(如光子計數偵檢器 PCD)能做能譜分析、減少假影,但易受高計數率下的脈衝堆疊影響;低解析度偵檢器(如傳統能量積分偵檢器)則成本低、能承受高光子通量。3. 依據此物理特性,分別論述兩者作為 CT 偵檢器時的優缺點。
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【破題】由能譜圖可知,Detector #1 的半高寬(FWHM)較小,具備較佳的能量解析度;Detector #2 的 FWHM 較大,能量解析度較差。本題旨在比較不同能量解析度之偵檢器於電腦斷層攝影(CT)應用之特性。 【論述】 一、Detector #1(高能量解析度偵檢器,如光子計數偵檢器 PCD 或半導體偵檢器)

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