專技高考-醫事放射師醫學物理學與輻射安全107 年第 9 題單選題
下圖中,隨著入射粒子能量增加,質子與電子的深度劑量分布(depth dose distribution)差異就愈大,其最可能的原因為下列何者?
A質量差異正確答案
B荷電量差異
C高能量電子的運動速度接近光速
D此能量區間的電子會產生布拉格峰(Bragg peak)
A正確答案
質子質量遠大於電子,能量增加時質子射程增加且仍維持Bragg peak特性,而電子因質量小易散射、射程隨能量線性增加但無峰值,兩者差異隨能量增加愈趨明顯。
為什麼答案是 A
質子質量約為電子的1836倍。質子重,與介質碰撞時偏轉極小,能量損失集中在射程末端形成Bragg peak;電子質量極小,容易發生大角度散射與輻射損失(bremsstrahlung),劑量隨深度緩降且無明顯峰值。能量越高時,電子的散射與輻射效應越顯著,使兩者深度劑量分布差異越大。圖中可見質子在不同能量下均維持清晰的Bragg peak並陡降至零,而電子則呈現隨深度漸降的虛線分布,兩者差異確實隨能量增加而擴大。
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完整詳解
Pro · 無限重點 質子質量遠大於電子,能量增加時質子射程增加且仍維持Bragg peak特性,而電子因質量小易散射、射程隨能量線性增加但無峰值,兩者差異隨能量增加愈趨明顯。
圖中三條質子曲線(綠色實線)都顯示平坦高劑量區+陡降Bragg peak;三條電子曲線(虛線)則是進入後逐漸下降無峰。關鍵在質量差異造成散射行為根本不同。
逐選項分析
A✓ 正確
質子質量約為電子的1836倍。質子重,與介質碰撞時偏轉極小,能量損失集中在射程末端形成Bragg peak;電子質量極小,容易發生大角度散射與輻射損失(bremsstrahlung),劑量隨深度緩降且無明顯峰值。能量越高時,電子的散射與輻射效應越顯著,使兩者深度劑量分布差異越大。圖中可見質子在不同能量下均維持清晰的Bragg peak並陡降至零,而電子則呈現隨深度漸降的虛線分布,兩者差異確實隨能量增加而擴大。
B✕ 陷阱
質子與電子荷電量均為±1e,荷電量相同,無法用荷電量差異解釋兩者深度劑量分布的差異。此選項為常見誘答,考生易誤以為荷電量不同。
C✕ 陷阱
高能電子速度接近光速是事實,但這並非造成與質子深度劑量分布差異的主要原因。高能質子速度也可達相當高,且Bragg peak特性主要由質量與碰撞截面決定,而非單純由速度決定。此選項說法片面且非主因。
D✕
電子在此能量區間(5-30 MeV)不會產生Bragg peak。圖中電子曲線(虛線)均無峰值,劑量在一定深度後緩慢下降。Bragg peak是重帶電粒子(如質子、重離子)的特徵,電子因質量太小不具此特性,故此選項敘述錯誤。
質子 vs 電子 深度劑量特性比較
| 特性 | 質子(Proton) | 電子(Electron) |
|---|
| 質量 | 938 MeV/c²(重) | 0.511 MeV/c²(輕) |
| 荷電量 | +1e | -1e(絕對值相同) |
| 散射程度 | 極小,路徑直 | 大,容易偏轉 |
| 能量損失機制 | 主要為庫倫碰撞,末端集中 | 庫倫碰撞+輻射損失(bremsstrahlung) |
| 深度劑量特徵 | 平坦高劑量區+Bragg peak+陡降 | 表面高劑量→緩慢下降,無峰值 |
| 圖中外觀 | 綠色實線,末端有明顯陡降峰 | 彩色虛線,無峰值逐漸降至零 |
選項B將「荷電量差異」作為誘答,考生可能誤以為質子帶正電、電子帶負電就代表荷電量不同。但荷電量大小均為1e,僅符號相反,對深度劑量分布的差異無決定性影響。真正關鍵是質量相差1836倍所導致的散射截面與能量損失行為根本差異。