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高考申論題 111年 [輻射安全] 輻射安全

第 一 題

📖 題組:
某 Mo-99 產生器出廠時含 1,000 mCi 的 Mo-99,出廠後 48 小時到達醫院(令此時 t = 0 小時)。Mo-99 半化期為 67 小時,產生 Tc-99m 之產率為 87.6%。Tc-99m 之半化期為 6.02 小時。試問:(每小題 5 分,共 20 分) (一)Mo-99 衰變常數為何? (二)Tc-99m 衰變常數為何? (三)Mo-99 何時活度最大? (四)Tc-99m 何時活度最大?
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

Mo-99 衰變常數為何?

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本題考查放射性物理中最基礎的衰變常數計算。看到衰變常數,第一時間應聯想到它與半衰期的關係式「λ = ln 2 / T」。直接從題幹擷取 Mo-99 的半衰期(67小時)代入公式即可,作答時務必記得寫上正確單位(hr^-1)。

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【解題關鍵】放射性核種的衰變常數(λ)與其半衰期(T)成反比關係,公式為 λ = ln 2 / T。 【解答】 計算:

小題 (二)

Tc-99m 衰變常數為何?

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看到求衰變常數,立刻聯想其與半化期(半衰期)的關係公式:λ = ln2 / T_1/2。從題幹中找出 Tc-99m 的半化期數值(6.02 小時),代入公式計算即可,務必記得標註時間倒數的單位。

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【解題關鍵】衰變常數($\lambda$)與半化期($T_{1/2}$)之關係式為 $\lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}}$。 【解答】 計算:

小題 (三)

Mo-99 何時活度最大?

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考生看到此題應立刻意識到 Mo-99 為放射性母核種。母核種的活度僅會隨時間進行指數衰減,不會有增長的情況,因此無需進行複雜的微積分求極值,直接判斷初始時刻(即出廠時)為活度最大點即可。

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【解題關鍵】放射性母核種(Mo-99)的活度隨時間呈指數遞減,故初始時刻活度最大。 【解答】 推導與分析:

小題 (四)

Tc-99m 何時活度最大?

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看到求子核種活度最大的時間,立刻聯想到過渡平衡 (Transient Equilibrium) 系統的 t_max 公式。將子核種生長方程式對時間微分並設為零,推導出 t_max = ln(λ2/λ1)/(λ2-λ1) 後代入母子核種之衰變常數即可得解。

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【解題思路】利用放射性過渡平衡(Transient Equilibrium)中子核種活度隨時間變化的方程式,對時間 t 偏微分求極值,即可推導出達到最大活度所需之時間 t_max 公式並代入計算。 【詳解】 已知:

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