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高考申論題 112年 [輻射安全] 放射物理學

第 一 題

📖 題組:
一1 MeV光子發生康普頓效應,散射光子以60°角度散射出去,試估計:(每小題5分,共15分) 已知:電子靜質量 = 9.11×10^-31 kg,普朗克常數 h = 6.63×10^-34 J·s
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

該散射光子的能量

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看到康普頓效應與給定散射角度求能量,應直覺聯想到康普頓散射能量轉換公式。先確認入射光子能量與電子靜止質量能量的比例,代入公式即可迅速求得散射光子能量。

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【解題思路】利用康普頓散射能量公式,分析入射光子、散射光子與電子靜止能量之關係進行計算。 【詳解】 已知:

小題 (二)

康普頓偏移(Compton shift)

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看到康普頓效應的波長偏移,直接聯想康普頓方程式:Δλ = (h/m_e c) * (1 - cosθ)。解題關鍵在於理解此偏移量僅與散射角度有關,與入射光子能量(1 MeV)大小無關,代入常數與角度即可精確求得數值。

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【解題思路】利用康普頓方程式(Compton equation)計算光子與自由電子發生非彈性碰撞後的波長增加量,並證明偏移量僅受散射角影響。 【詳解】 已知:

小題 (三)

電子的回跳能量

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看到康普頓散射計算,首先想到利用能量守恆與動量守恆推導出的「康普頓散射能量公式」。先算出散射光子能量後,再利用能量守恆定律(入射光子能量 = 散射光子能量 + 電子動能),即可求出反衝電子的回跳能量。

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【解題思路】利用康普頓散射能量公式計算散射光子能量,再依據能量守恆定律求出反衝電子(回跳電子)之動能。 【詳解】 已知:

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