高考申論題
108年
[輻射安全] 放射物理學
第 一 題
📖 題組：
已知 Wair=34 eV/ion pair，1.25 MeV 光子對空氣的質量衰減係數（μ/ρ）為 0.0569 cm^2·g^-1，質量吸收係數（μab/ρ）為 0.0267 cm^2·g^-1。鈷-60 的核衰變圖（decay scheme）如下圖，今有一點射源 60Co 活度 1 Ci，在距離此射源1.0公尺處（不考慮光子在空氣中的衰減），則：(一)能通量率為何（J m^-2 s^-1）？(二)空氣劑量率（air dose rate）為何（Gy s^-1）？(三)累積 1 小時的曝露（exposure）為何（R）？（15 分）
已知 Wair=34 eV/ion pair，1.25 MeV 光子對空氣的質量衰減係數（μ/ρ）為 0.0569 cm^2·g^-1，質量吸收係數（μab/ρ）為 0.0267 cm^2·g^-1。鈷-60 的核衰變圖（decay scheme）如下圖，今有一點射源 60Co 活度 1 Ci，在距離此射源1.0公尺處（不考慮光子在空氣中的衰減），則：(一)能通量率為何（J m^-2 s^-1）？(二)空氣劑量率（air dose rate）為何（Gy s^-1）？(三)累積 1 小時的曝露（exposure）為何（R）？（15 分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
能通量率為何（J m^-2 s^-1）？
思路引導 VIP
本題測驗點射源輻射場的基本物理量計算。首先需判讀 Co-60 衰變圖，確立每次衰變釋放兩顆 γ 光子（總能量約 2.5 MeV），接著利用平方反比定律，將總輻射能量均勻分布於半徑 1 公尺的球表面積，並注意活度（Ci 轉 Bq）與能量（MeV 轉 J）的單位換算。
小題 (二)
空氣劑量率（air dose rate）為何（Gy s^-1）？
思路引導 VIP
本題測驗核心為「能通量率」與「吸收劑量率」的轉換。解題時應先由射源活度與衰變產生的光子能量計算出距離射源1公尺處的『能通量率』，再利用『空氣劑量率 = 能通量率 × 質量吸收係數』求解，過程中務必將所有物理量單位統一轉換為 SI 制（公尺、公斤、焦耳）。
小題 (三)
累積 1 小時的曝露（exposure）為何（R）？
思路引導 VIP
看到此題，首先要將光子能通量率、空氣吸收劑量率與曝露率建立連結。核心公式為 D_air = X · (W/e)，先求得空氣吸收劑量率並除以產生每庫侖電荷所需能量（34 J/C）得出曝露率（C/kg·s）。最後乘上 1 小時（3600 s）並除以侖琴轉換係數（2.58 × 10^-4 C/kg/R），即可得出最終結果。