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高考申論題 111年 [核子工程] 輻射度量

第 二 題

📖 題組:
五、(一)請畫出充氣式偵檢器工作電壓與量測脈衝之關係圖。(5 分) (二)請詳細說明可作為偵檢器系統的工作區域與其特性。(15 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

請詳細說明可作為偵檢器系統的工作區域與其特性。

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看到此題,應立即聯想充氣式偵檢器電壓曲線的「六大工作區域」,但關鍵在於審題:「可作為偵檢器系統」。因此,必須過濾掉復合區、有限比例區與連續放電區,精準挑選出「游離腔區」、「比例區」與「蓋革-牟勒(GM)區」進行作答。論述時應依序從電壓高低、氣體增殖機制、脈衝大小與入射能量之關聯性,以及實務應用進行分層解析。

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【破題】 充氣式偵檢器依其外加工作電壓的不同,內部氣體游離與電子收集的機制會發生改變。在六個電壓區域中,具備穩定性與實用性而能作為輻射偵檢器系統的工作區域主要有三個:游離腔區、比例區及蓋革-牟勒(GM)區。 【論述】

小題 (一)

請畫出充氣式偵檢器工作電壓與量測脈衝之關係圖。

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看到這題,首先回想充氣式偵檢器經典的「六大工作區域」曲線圖。腦中應浮現以「外加電壓」為橫軸、「脈衝大小(收集到的離子對數,通常為對數坐標)」為縱軸的雙曲線圖(分別代表高游離能的α粒子與低游離能的β粒子),並依序標示出再結合區、游離腔區、比例區、侷限比例區、蓋革區及連續放電區。

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【破題】 充氣式偵檢器的工作電壓與脈衝高度(收集到的離子對數目)之關係圖,是輻射度量儀器分類的核心基礎。作答時需明確標示坐標軸、兩條不同游離能力的曲線及六個電壓區域。 【論述】

📝 充氣式偵檢器工作區
💡 依外加電壓引發之氣體增殖程度,區分偵檢器特性與適用範疇。
比較維度 比例計數器 (Proportional) VS GM計數器 (Geiger-Müller)
增殖因數 (M) 10^2 ~ 10^4 10^8 ~ 10^10
能量比例性 具比例性,可辨別能量 失去比例性,僅能計數
輸出訊號 訊號微弱,需放大器 訊號強,達伏特等級
核心用途 核種鑑定、能譜分析 環境巡視、微量污染偵測
💬兩者關鍵差異在於是否具備區別入射輻射能量的能力(能量比例性)。
🧠 記憶技巧:游離精、比例分、GM靈(游離腔重精度、比例區可分能量、GM區重靈敏度)
⚠️ 常見陷阱:容易誤認 GM 區可用於量測輻射能量能譜,實則其已失去能量比例性;或漏掉 GM 區需要淬冷氣體。
氣體增殖與湯生崩瀉 偵檢器死時間與恢復時間 淬冷氣體的作用機制 充氣式偵檢器電壓曲線圖

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