高考申論題
115年
[輻射安全] 放射物理學與輻射劑量學
第 一 題
📖 題組：
使用高純鍺偵檢器（high-purity germanium detector, HPGe）近距離量測一密封鈷-60 射源，能譜中可見 1.173 MeV 與 1.332 MeV 的全能峰，並可辨識康普吞邊緣、回散射峰，以及約 2.505 MeV 的加總峰。已知電子靜止質量能量為 0.511 MeV。請回答下列問題：
使用高純鍺偵檢器（high-purity germanium detector, HPGe）近距離量測一密封鈷-60 射源，能譜中可見 1.173 MeV 與 1.332 MeV 的全能峰，並可辨識康普吞邊緣、回散射峰，以及約 2.505 MeV 的加總峰。已知電子靜止質量能量為 0.511 MeV。請回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
針對 1.332 MeV 加馬光子，計算康普吞邊緣及回散射峰所對應的能量。（6 分）
思路引導 VIP
- 辨識物理反應：本題探討的是康普吞散射（Compton Scattering）在能譜上的特徵表現。
- 康普吞邊緣（Compton Edge, $T_{\text{max}}$）：對應入射光子與靜止電子發生 $180^\circ$ 反向散射時，轉移給電子的最大能量。
小題 (二)
說明兩個全能峰與 2.505 MeV 加總峰的形成機制。（5 分）
思路引導 VIP
- 考點分析：探討鈷-60（Co-60）衰變產生的能譜峰成因，特別是全能峰與相符加總峰（Coincidence Sum Peak）。
- 全能峰（Photopeak）機制：鈷-60 衰變後釋放兩顆級聯（cascade）加馬光子，能量分別為 $1.173\text{ MeV}$ 與 $1.332\text{ MeV}$。當它們分別在偵檢器中被完全吸收時，即產生兩個獨立的全能峰。
小題 (三)
說明 HPGe 偵檢器相較於 NaI（Tl）閃爍偵檢器的主要優點，並列出 HPGe 偵檢器的一項實務限制。（4 分）
思路引導 VIP
- 考點分析：比較半導體偵檢器（HPGe）與閃爍偵檢器（NaI(Tl)）之性能差異。
- 主要優點：半導體偵檢器的能帶寬度（band gap）很窄（鍺約 $0.7\text{ eV}$），相較於閃爍體產生一個電子-電洞對所需的平均能量極小（約 $3\text{ eV}$ vs NaI(Tl) 的 $100\text{ eV}$ 產生一個光電子），因此電荷載子數目極多，統計擾動小，具有極為優異的能量解析度（Energy Resolution）。