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高考申論題 110年 [輻射安全] 輻射應用及其防護

第 一 題

📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

欲獲得有用的中子通量(中子源),其方法可經由那些途徑?試從加速器(Accelerator)誘導反應產生、核反應器(Nuclear Reactor)反應產生或經由放射性同位素誘起的核反應,各舉一例說明。(10分)

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考生看到此題應立刻聯想產生中子的三大物理機制:加速器(帶電粒子撞擊標靶,如D-T反應)、反應器(重核分裂連鎖反應,如U-235)、同位素(利用射線誘發輕元素反應,如Am-Be中子源)。答題時需列出核反應方程式,並針對每一種機制舉出其實務應用領域、優缺點及對應的輻射防護要求。

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【破題】獲取實用中子通量(中子源)主要依賴核反應,根據激發機制的物理特性,可分為加速器誘導、核反應器分裂以及放射性同位素誘起三種途徑。 【論述】 一、加速器(Accelerator)誘導反應產生

小題 (二)

試說明中子輻射源的屏蔽及其防護原理。(10分)

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看到中子屏蔽,應直覺想到「中子不帶電,需先減速再吸收」的物理特性。解題架構應依照「快中子減速(輕元素彈性散射)→ 熱中子吸收(高截面核反應)→ 次級加馬射線屏蔽(高原子序物質)」的三層複合防護機制進行推導論述。

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【破題】中子為不帶電粒子,無法藉由庫侖力與軌道電子產生交互作用,其防護原理需依賴與原子核的直接碰撞與吸收反應。故中子屏蔽設計必須遵循「先減速、後吸收、再屏蔽次級輻射」的三階段複合防護機制。 【論述】 一、 第一階段:快中子減速(熱化機制)

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