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高考申論題 111年 [核子工程] 輻射度量

第 一 題

📖 題組:
二、137Cs 衰變時放出 0.662 MeV 的光子,此光子與物質作用產生康普頓散射(Compton scattering),光子的散射角度為 150°。(每小題 10 分,共 20 分) (一)請計算反跳電子所獲得的能量與反跳電子的散射角度為何? (二)請詳述電子與物質作用的種類與物質原子序的關係。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請計算反跳電子所獲得的能量與反跳電子的散射角度為何?

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看到康普頓散射計算,首先聯想能量守恆與動量守恆。利用康普頓散射公式先求出散射光子的能量,再由能量守恆相減得出反跳電子動能;最後利用動量守恆推導出的角度關係式求出反跳電子的散射角。

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【解題關鍵】利用康普頓散射能量公式計算散射光子能量,再透過能量守恆求得電子動能,並利用動量守恆導出之角度公式計算電子散射角。 【解答】 計算:

小題 (二)

請詳述電子與物質作用的種類與物質原子序的關係。

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考生看到此題應立刻聯想到電子與物質交互作用的兩大機制:「碰撞損失(游離與激發)」與「輻射損失(制動輻射)」。作答時需分別說明這兩種機制的物理意義,並利用能量損失比率公式(約為 EZ/800)具體論述物質原子序(Z)如何決定這兩種作用的相對重要性。

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【破題】 電子與物質的交互作用主要可分為「碰撞損失(Collision loss)」與「輻射損失(Radiation loss)」兩種機制。這兩種作用機制發生的機率與能量損失比例,高度依賴於入射電子的能量(E)以及吸收物質的原子序(Z)。 【論述】

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