專技高考-醫事放射師醫學物理學與輻射安全109 年第 79 題單選題
同重素線A=44有23V, 22Ti, 21Sc, 20Ca, 19K, 和 18Ar,其中20Ca為穩定核種,將各核種依質子數由小至大排列,則各核種之排列如圖中那一條線?
B正確答案
同重素A=44,質子數18→23排列,核種質量隨質子數增加而先降後升(拋物線),圖中曲線2(大虛線拋物線,最低點在Ca附近)符合此特性。
為什麼答案是 B
曲線2為大破折虛線(dash線),從Z=18起約44.0,在Z=19附近下降至最低(約44.0),在Z=20附近為最低點後再上升至Z=23約44.0以上,呈開口向上拋物線,最低點對應穩定核種Ca(Z=20),符合Bethe-Weizsäcker質量公式預測。
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完整詳解
Pro · 無限重點 同重素A=44,質子數18→23排列,核種質量隨質子數增加而先降後升(拋物線),圖中曲線2(大虛線拋物線,最低點在Ca附近)符合此特性。
穩定核種Ca(Z=20)在拋物線最低點,兩側核種質量較大;曲線2為開口向上的拋物線,最低點落在Z=20左右,正好對應Ca最穩定,選B。
逐選項分析
A✕
曲線1為實線,從Z=18到Z=23呈單調遞減趨勢(由約45.7降至43.9),並非拋物線形狀,不符合同重素質量拋物線的物理規律。
B✓ 正確
曲線2為大破折虛線(dash線),從Z=18起約44.0,在Z=19附近下降至最低(約44.0),在Z=20附近為最低點後再上升至Z=23約44.0以上,呈開口向上拋物線,最低點對應穩定核種Ca(Z=20),符合Bethe-Weizsäcker質量公式預測。
C✕
曲線3為點虛線(dotted),從Z=18到Z=23單調遞增(由約44.0升至45.7),不符合以Ca為最低點的拋物線特徵。
D✕
曲線4為實線,從Z=18到Z=23也呈單調遞減趨勢(由約45.0降至43.9),與曲線1類似,無拋物線極小值,不符合同重素質量分布。
A=44同重素核種特性
| 核種 | 質子數(Z) | 中子數(N) | 衰變方式 | 穩定性 |
|---|
| ⁴⁴Ar | 18 | 26 | β⁻衰變 | 不穩定 |
| ⁴⁴K | 19 | 25 | β⁻衰變 | 不穩定 |
| ⁴⁴Ca | 20 | 24 | — | 穩定(最低點) |
| ⁴⁴Sc | 21 | 23 | β⁺/EC | 不穩定 |
| ⁴⁴Ti | 22 | 22 | β⁺/EC | 不穩定 |
| ⁴⁴V | 23 | 21 | β⁺衰變 | 不穩定 |
考生可能直覺認為「質子越多,質量越大」而選單調遞增的曲線3,或認為「質子越少,質量越大」而選曲線1或4。實際上同重素A=44的質量由Bethe-Weizsäcker公式決定,以穩定核種Ca(Z=20)為最低點,形成開口向上的拋物線,Z偏大或偏小均使質量增加。