專技高考-醫事放射師醫學物理學與輻射安全113 年第 61 題單選題
某一輻射場具有高強度中子與加馬射線,考慮使用同一種材料來屏蔽這二種輻射,下列何者是較佳的選擇?
C正確答案
混凝土同時含有重元素(屏蔽加馬射線)與水分/氫原子(減速中子),是兼具兩種輻射屏蔽效果且經濟實用的最佳選擇。
為什麼答案是 C
混凝土由水泥、砂石與水組成。其中的重元素(如鈣、矽)能有效衰減加馬射線;而其結構中含有的結合水(富含氫原子)則是減速中子的最佳利器,因此最適合混合輻射場。
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完整詳解
Pro · 無限重點 混凝土同時含有重元素(屏蔽加馬射線)與水分/氫原子(減速中子),是兼具兩種輻射屏蔽效果且經濟實用的最佳選擇。
加馬射線需要「高密度/重元素」屏蔽,中子需要「含氫/輕元素」減速。混凝土兼具砂石(重)與水(輕),秒選混凝土!
逐選項分析
A✕ 陷阱
鉛具有高原子序與高密度,是屏蔽加馬射線的極佳材料。但其質量過大,對中子的彈性散射減速效果極差,無法有效屏蔽中子。
B✕
鐵對加馬射線有不錯的屏蔽效果,且能透過非彈性散射消耗快中子能量,但缺乏含氫物質來將中子徹底熱化(減速),單一使用效果不如混凝土全面。
C✓ 正確
混凝土由水泥、砂石與水組成。其中的重元素(如鈣、矽)能有效衰減加馬射線;而其結構中含有的結合水(富含氫原子)則是減速中子的最佳利器,因此最適合混合輻射場。
D✕ 陷阱
聚乙烯富含氫原子,是極佳的中子減速與屏蔽材料。但其密度低、原子序小,對加馬射線幾乎沒有屏蔽能力。
常見輻射屏蔽材料特性比較
| 材料 | 加馬射線屏蔽力 | 中子屏蔽力 | 主要作用機制 |
|---|
| 鉛 (Pb) | 極佳 | 極差 | 光電效應、康普頓散射 (高Z) |
| 聚乙烯/水 | 極差 | 極佳 | 彈性散射 (富含氫原子) |
| 鐵 (Fe) | 良好 | 普通 | 非彈性散射 (對快中子) |
| 混凝土 | 良好 | 良好 | 重元素擋加馬 + 結合水擋中子 |
考生容易看到「加馬射線」就直覺選鉛,或看到「中子」就直覺選聚乙烯。本題的陷阱在於「同一種材料屏蔽二種輻射」,必須尋找光譜兩端的折衷方案,即複合材料混凝土。