專技高考-醫事放射師醫學物理學與輻射安全110 年第 8 題單選題
下圖中為何不見水的吸收邊緣(absorption edge)?
A水的吸收邊緣發生在能量小於0.01 MeV正確答案
B入射光子能量要大於0.1 MeV才會發生
C水並非由單一元素組成,不具吸收邊緣
D因水的mass attenuation coefficient與入射光子能量無關
A正確答案
水的K吸收邊緣能量極低(約幾十eV),遠低於圖示0.01 MeV起始範圍,因此圖中看不到水的吸收邊緣。
為什麼答案是 A
水由H(Z=1)和O(Z=8)組成,其K層吸收邊緣能量極低(氧K邊緣約0.532 keV ≈ 0.000532 MeV),遠小於圖示橫軸起點0.01 MeV,故圖中根本看不到水的吸收邊緣跳躍。
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完整詳解
Pro · 無限重點 水的K吸收邊緣能量極低(約幾十eV),遠低於圖示0.01 MeV起始範圍,因此圖中看不到水的吸收邊緣。
看圖:橫軸從0.01 MeV開始,水的曲線在此範圍內已呈平滑下降,無任何鋸齒狀跳躍→吸收邊緣在圖示範圍之外(更低能量處)。
逐選項分析
A✓ 正確
水由H(Z=1)和O(Z=8)組成,其K層吸收邊緣能量極低(氧K邊緣約0.532 keV ≈ 0.000532 MeV),遠小於圖示橫軸起點0.01 MeV,故圖中根本看不到水的吸收邊緣跳躍。
B✕
吸收邊緣的發生條件是入射光子能量≥原子殼層束縛能,與0.1 MeV無關;此敘述完全錯誤,且光電效應隨能量增加而減弱,不是能量大才會發生吸收邊緣。
C✕ 陷阱
這是常見陷阱。水雖由多種元素(H、O)組成,但每種元素各自仍有其吸收邊緣;混合物的光電衰減截面是各元素的權重加和,每個元素均有對應的吸收邊緣,並非「不具吸收邊緣」。
D✕
圖中藍色水的曲線明顯隨光子能量增大而大幅下降(對數坐標下近似直線),可見mass attenuation coefficient與光子能量高度相關,此選項明顯與圖示矛盾。
各元素K吸收邊緣能量比較
| 元素 | Z值 | K邊緣能量 | 圖中是否可見 |
|---|
| 氫 (H) | 1 | ~0.014 keV (0.000014 MeV) | ❌ 遠低於0.01 MeV |
| 氧 (O) | 8 | ~0.532 keV (0.000532 MeV) | ❌ 低於0.01 MeV |
| 鉛 (Pb) | 82 | ~88 keV (0.088 MeV) | ✅ 圖中黑線有明顯鋸齒跳躍 |
選項C容易讓人誤以為混合物或化合物就沒有吸收邊緣,這是錯誤認知。事實上吸收邊緣是各個原子(元素)的特性,化合物的質量衰減係數是各元素按質量分率加權疊加,每個元素的邊緣依然存在;水看不到邊緣是因為能量「太低」,而非「不存在」。