輻射應用及其防護　申論題歷屆試題與參考架構

含有銅（Cu）及鋁（Al）的合金，密度為7.6 g/cm3。Cu所占的重量比例為80%，原子量為63.57，原子衰減係數為9.91×10-24 cm2/atom。Al所占的重量比例為20 %，原子量為26.98，原子衰減係數為4.45×10-24cm2/atom。（每小題5分，共15分）

（一）試求0.4 MeV的γ射線經過此合金的直線衰減係數為多少cm-1？

（二）試求平均自由行程（mean free path）（不考慮增建因素） 。

（三）將γ射線衰減至原來的1/10倍需要多少厚度合金？

（15 分）

（一）請說明核反應器製備放射性同位素有那三種主要反應方式，並舉例相關核種？（10分）

（二）請概要說明核反應產生放射性同位素之產率計算。（5分）

（15 分）

（一）試述β-射源（β- sorurce）的屏蔽考量。（5分）

（二）一個活度為1居里（Ci）的 90 Y純β - 放射性物質被裝在鉛屏蔽體內，鉛屏蔽厚度足以吸收該輻射源所發射之β- 粒子， 90Y最大β - 能量 為2.28 MeV，平均β -能量為0.94 MeV。若此β-粒子能量轉化成X光的比率為10%，為了輻射防護目的，試估算在1公尺（m）處的制動輻射之能量通量率？（10分）

（15 分）

依據游離輻射防護安全標準第2條，請說明下列標準用詞定義之內容：（每小題5分，共20分）

（一）等價劑量（Equivalent dose）

（二）約定等價劑量（Committed equivalent dose）

（三）集體有效劑量（Collective equivalent dose）

（四）確定效應（Deterministic effects）

（20 分）

請說明輻射在半導體工業方面之應用？（15分）

（15 分）

（一）輻射照射應用於農產品與食品的殺蟲與滅菌，具有那些優點？（5分）

（二）一般選擇同位素應用在水文學，需考慮那些因素？（5分）

（三）試舉出二例說明放射性同位素在工業上的應用？（10分）

（20 分）

放射性同位素常被作為示蹤劑，請詳細說明 18F、99mTc、201Tl 與 131I 的產生方式、反應式與其特性。（20 分）

（20 分）

（一）請詳述質子與物質作用的種類。（5 分）

（二）相較於高能光子治療，質子治療的優勢為何？（5 分）

（三）請說明質子治療設施所需的輻射防護考量。（10 分）

（20 分）

在非破壞檢驗中，放射攝影術可以檢測器材內部的缺陷與結構，請說明加馬放射攝影術相較於 X 射線攝影術的優點與缺點。（20 分）

（20 分）

根據我國商品輻射限量標準：

（一）飲用水中總貝他與氚的濃度限值為何？何時需要進行氚的濃度分析？（15 分）

（二）請詳述總貝他與氚的濃度應如何進行量測。（5 分）

（20 分）

在醫用 X 光機的屏蔽設計中：

（一）請說明使用因數（use factor, U） 、占用因數（occupancy factor, T）與工作負載（workload, W）。（15 分）

（二）請說明 NCRP-147 號報告中所建議的管制區與非管制區的最大許可曝露率（allowable air kerma rate, P）為多少 mGy/wk？（5 分）

（20 分）

請說明輻射照射在農業上，包含食品保存、育種、檢疫、昆蟲害防治等方面之應用及其優點與特色。（20 分）

（20 分）

（一）請說明正子（Positron）電腦斷層攝影的基本原理。 （5 分）

（二）目前臨床正子放射電腦斷層攝影（Positron Emission Computerized Tomography, PET）在癌症、心臟疾病、腦神經疾病方面的診斷功能與應用為何？（15 分）

（20 分）

某溶液中含有未知量之金屬鈷，記號物質（Spike）溶液係由 15.0 毫克的放射性鈷-60 配製所得。其活性為 680 cpm。若將 10.0 毫升的此溶液加入於未知量鈷的溶液中混合均勻，然後再取出一部分的混合液並以電鍍法將鈷單離出來，測得其質量為 20.6 毫克，放射活性為 356 cpm，則原始溶液中的鈷的濃度為多少 mg/ml？（10 分）

（10 分）

（一）欲獲得有用的中子通量（中子源） ，其方法可經由那些途徑？試從加速器（Accelerator）誘導反應產生、核反應器（Nuclear Reactor）反應產生或經由放射性同位素誘起的核反應，各舉一例說明。（10 分）

（二）試說明中子輻射源的屏蔽及其防護原理。 （10 分）

（20 分）

同位素電池常裝置及運用 238Pu, 210Po, 90Sr, 242Cm, 147Pm, 144Ce, 137Cs 或Co 等密封射源，試問其應用原理及功能用途為何？（10 分）

（10 分）

（一）現行游離輻射防護安全標準第 11 條規定，雇主於接獲女性輻射工作人員告知懷孕後，應即如何檢討其工作條件，相關輻射防護劑量限值如何？（10 分）

（二）現行游離輻射防護安全標準第 12 條規定，輻射作業造成一般人之年劑量限度如何？（10 分）

（20 分）

請說明近年來為何在放射治療領域，Co-60遠隔治療機逐漸被醫用直線加速器所取代。（15分）

（15 分）

請繪圖及描述電子、光子及質子在水中之百分深度劑量（PDD）；並說明此劑量特性，如何應用在腫瘤治療。（20分）

（20 分）

請描述工業所使用之離子佈值機，並說明如何進行離子佈值機之輻射防護。（15分）

（15 分）

請說明如何設計α、β、γ及中子之體外輻射屏蔽。（20分）

（20 分）

請繪圖並說明鄂惹電子（Auger electron）的產生，並以微劑量學的觀點描述其在放射醫學之應用。（15分）

（15 分）

請依我國現行法規，說明何謂(a)器官劑量、(b)等價劑量、(c)有效劑量？並描述此等劑量之相互關係。（15分）

（15 分）

請說明氣體充氣式偵檢器中，非比例區產生的原因與如何抑制其發生？（10 分）

（10 分）

核種 A 的物理半衰期為 7.04×108 yr，核種 B 的物理半衰期為 4.468×109 yr，若 t=0 時核種 A 與 B 的數量比為 1：1；則幾年後其比值為 0.3：99.7？（10 分）

（10 分）

說明下圖 A、B 兩核種是屬於連鎖蛻變中的那種平衡，其中 A 為母核，B 為子核；並推估兩核種的半衰期？若 B 核種的半衰期比計算所得還慢兩倍，試畫出其連鎖蛻變的隨時間衰變圖？（20 分）

（20 分）

質子與中子之 a.m.u.（atomic mass unit）分別為 1.007825，1.008665；則下表中四核種，何者最為穩定；且核種間可藉由何種蛻變轉換至穩定核種？（15 分）

（15 分）

已知 V-51 的熱中子吸收截面為 7.6 邦（10-24 cm2） ，反應器的熱中子通率11 2為 5.0×10 ＃/cm ‧sec，至少多少 mg 的 V-51 經 1 分鐘照射並置放冷卻 10 分鐘後，仍能於 60 秒的量測中達到超過 2,000 的計數（V-52 物理半衰期為 3.8 min.，偵檢器效率為 0.0001 cps/dps）？同樣的條件，若僅將量測時間調整為 120 秒，則預估計數值為何？（20 分）

（20 分）

下圖左為 ICRP-30 號報告建議之服用 I-131 後，病人甲狀腺的體內動力學模 式 （ Thyroid biokinetic model ）， 全 身 粗 略 定 義 為 數 個 腔 室（compartments），其中 body fluid 與 whole body 可定義為兩個獨立腔室，但實際上卻是無法在臨床量測時分割的；下圖右則是臨床上病人實際量測所得結果，其中（stomach） 、（thyroid）和（body fluid and whole body）腔室中 I-131 放射活性隨時間的衰變圖；請整合兩圖的資訊，試說明此體內動力學的重點與腔室間的關係？並推估（stomach）和（body fluid and whole body）的生物半衰期，其中 I-131 的物理半衰期為 193 hr.？（25 分）依照 ICRP-30 號報告，所建議的分歧比；i12, i23, i34, i45, i25, 和 i42 分別是 1.0, 0.3, 1.0, 0.1, 0.7, 和 0.9

（25 分）

（一）依據游離輻射防護安全標準第 15 條之規定，設施經營者於特殊情況下，得於事前檢具那些資料，經主管機關許可後，可不適用第 12 條第 1 款之規定（一般人之年有效劑量不得超過一毫西弗）？（5 分）

（二）依據游離輻射防護安全標準第 19 條以及第 20 條之規定，液態閃爍計數器之閃爍液以及動物組織或屍體，在那些情況下，其排放以及廢棄可不適用本標準之規定？（5 分）

（三）依據游離輻射防護安全標準第 14 條之規定，含放射性物質之廢水應符合那些規定始得排入污水下水道系統？（5 分）

（15 分）

游離輻射可應用於臨床腫瘤治療。請就硼中子捕獲治療、質子放射治療以及重粒子放射治療三者，分別就治療原理、直線能量轉移（LET）、氧促進比（OER）和相對生物效應（RBE）、布拉格峰、所使用的能量以及粒子束之半照野區，比較說明之。（20 分）

（20 分）

（一）游離輻射在農業上有多種應用。請就食物保存、育種和施肥各舉例說明。 （10 分）

（二）衛生福利部核准木瓜和芒果的照射。請就限用輻射源、最高輻射能量、最高照射劑量和照射目的分別說明。並說明為何西瓜不適合此方法。（10 分）

（20 分）

以快中子照射一個 4g 32S 的樣品，若照射通量率不變，其值為 160 cm-2s-1。已知S(n,p)32P 的反應截面是 0.200 邦（barn），32P 的半衰期=14.3 d。求 32P 可以被活化的最大活度是多少貝克？（10 分）若想使該活度達到最大值的 3/4，請問需要照射幾天？（5 分）

（15 分）

迴旋加速器可產生放射核種。請將下列之核反應式子完整列出：（20 分）

（一） 40Ca(n, )37Ar （六） 195Pt(p,n)

（二） 54Fe( ,p)54Mn （七） 55Mn(p,n)

（三） 7Li(p,n) （八） 24Mg( ,α)22Na

（四） 85Rb(p,n) （九） 6Li(n, )3H

（五） 35Cl(n,p) （十） 14N(n,p)

（20 分）

（一）請計算 137Cs 的比加馬射線常數（specific gamma-ray constant）。（5 分）

（二）請計算距離 100 mCi 137Cs 點射源 2 公尺處的曝露率為多少？（5 分）

（10 分）

核磁共振造影（MRI）為醫學放射診斷上重要的工具，請說明：

（一）核磁共振造影系統之成像原理。 （10 分）

（二）核磁共振造影於臨床應用之特性。（10 分）

（20 分）

實驗室進行研究，不小心有放射同位素污染，剛好實驗室有熱發光劑量計、蓋革計數器、液態閃爍計數器、碘化鈉多頻道能譜儀等。如果要監測下列可疑時，應使用那一儀器？

（一）工作人員的尿中是否有氚時？（5 分）

（二）桌上是否有碘 131 污染？（5 分）

（三）桌上加馬污染是什麼核種？（5 分）

（15 分）

牙科診所買了一部牙科診斷用 125 kV 的 X 光機，使用條件為 15 mAs，每天照射臼齒約 160 張，每週工作 5 天，靶距隔鄰商店 3 公尺，使用因數（U）為 1，占用因數（T）為 1/4；試問：

（一） X 光機的工作負荷為多少 mA min wk-1。（5 分）

（二）主屏蔽計算公式為 K = Pd2/(WUT)，試計算 K 值，並從下圖估計混凝土所需的屏蔽厚度。 （5 分）0.1 K（R mA-1 min-1）1 m 處0.01 150 kVp 0.001 50 kVp 200 kVp 0.0001 100 kVp 0.00001 0 10 20 30 40混凝土厚（cm）

（10 分）

最近非常熱門的質子治療號稱「深水炸彈」 ，能精準鎖定腫瘤細胞，請闡述質子的輻射生物特性，如 RBE 值和 OER 值等，及質子治療導致輻射傷害的問題。（10 分）全一張（背面）

（10 分）

離島因水源問題，不能養豬，缺乏活體豬肉，擬以輻射滅菌來保存豬肉，提供離島使用，但這些肉品必須符合含菌標準才能滅菌，既然要滅菌為何還要符合含菌標準，請說明原因。（10 分）

（10 分）

在生化實驗中，常以放射性比活度來測量蛋白質分解物中某成分的含量，簡單又準確，因此某研究生將 10 mg 比活度為 200 cpm/mg 的標誌甘胺酸，加到總量 100 mg 的蛋白質分解物，混合均勻後，再取混合物分離其中之甘胺酸，得到比活度為 100 cpm/mg，試問原蛋白質分解物中甘胺酸含量為多少？（20 分）

（20 分）

某輻射工作人員接受輻射照射後，此人所有接受輻射線照射的器官，各有各的「等價劑量值」，任一接受劑量的器官均須遵守不超過「確定效應」年低限值 500 mSv 的規定。請闡述等價劑量值與有效劑量值，及確定效應與機率效應。（15 分）

（15 分）

在某犯罪現場採得之極微量跡證，可經由中子活化分析法測得，（一）請繪圖表示，（3 分）

（二）說明其原理與分類，（7 分）（三）並舉例說明實務應用。（10 分）

（20 分）

在醫用放射診斷的能量範圍內進行放射攝影時，會產生許多可能的散射輻射（scatter，（一）請繪圖表示，radiation） （5 分）（二）說明其產生原因，（5 分）及（三）其控制的方法。（10 分）

（20 分）

輻射應用於工業與農業已行之有年，請舉各二例說明在工業與農業的應用。（15 分）

（15 分）

某一國家發生核電廠輻射外洩，有數名工人被緊急救出，請就其可能發生的輻射效應，（一）說明急性效應，（5 分）與（二）遲延效應，（5 分）（三）並請各舉一例敘述之。（5 分）

（15 分）

依據放射性物質與可發生游離輻射設備及其輻射作業管理辦法，請定義：

（一）櫃型？（3 分）並舉例說明其輻射防護。（4 分）

（二）表面污染物體。（3 分）

（10 分）

請說明下列定義對人員輻射防護的精神：

（一）十天法則（10-day rule）。（5 分）

（二） ALARA。（5 分）

（10 分）

請繪圖說明醫用 X 光的跟效應現象（heel effect），（3 分）並舉三例說明其應用及輻射防護的意義。（7 分）

（10 分）

請說明宇宙射線（cosmic radiation）的來源與宇生放射性（cosmogenic radioactivity）的種類與成因。（15 分）

（15 分）

在遠隔放射治療（external radiotherapy）中，60Co 為常用的密封射源，請說明此射源的製作方式與其衰變的形式與特性。（10 分）

（10 分）

請說明電腦斷層（computed tomography）掃描中，從硬體與操作條件上如何有效降低病人的吸收劑量。（10 分）

（10 分）

在 MIRD（medical internal radiation dose）體內劑量計算中，S 值扮演關鍵的角色，請定義 S 值，並說明 MIRD 如何求得此值。（10 分）

（10 分）

何謂同步輻射（synchrotron）？請舉出兩例同步輻射之研究與應用及其優點與特色。（15 分）

（15 分）

請說明我國游離輻射防護相關法規中，基於教學或工作訓練需要所訂定之規範與劑量限度。（15 分）

（15 分）

137Cs 的加馬常數（Gamma-Ray Constant）為 7.82 × 10-8 Gy．m2/MBq．h，請計算距離1 Ci 的 137Cs 點射源 2 公尺外的空氣克馬率。（10 分）

（10 分）

在地質學的年代測定中，常使用放射性測年法（radiometric method）測定礦物的年齡，請說明 238 U ⎯ ⎯→206 Pb 測年法的原理與如何利用此法測定地球的年齡。（15 分）

（15 分）

鉀-40 是天然背景輻射中的長半衰期放射性核種，鉀也是人體微量金屬元素，人體內的鉀元素重量比約為體重的 0.21%，已知鉀-40 的物理半衰期為 1.277×109 年，同位素豐度（abundance）為 0.0117%，鉀的克原子量為 39.102 g/mole，試計算一個 50公斤的人體內鉀-40 的放射活度為多少貝克（Bq）？（10 分）

（10 分）

放射性同位素技術在農業方面的應用相當廣泛，請各舉二例說明下列項目之應用及其優點或特色：植物生理機能（Plant Physiologies）之研究。（5 分）動物飼育農務（Animal Husbandry）。（5 分）

（10 分）

請從加馬射線的能量及被檢物體的厚度或密度，說明利用加馬射線攝影法（gamma radiology）應用於非破壞檢測（non-destructive assay, NDA）之 基本原理。（5 分）選用射源種類及原則？（5 分）

（10 分）

已知距離鈷-60 射源 1 公尺處的劑量率為 1 mSv/h（毫西弗/小時），試問：若不計空氣衰減因素，則距離 10 公尺處劑量率為何？。（5 分）若欲使上述位置的劑量率降低至 0.03μSv/h（微西弗/小時），則需多少厚的鉛片作為屏蔽？（對鈷-60 而言，鉛的半值層（half value layer, HVL）為 1.2 公分。）（5 分）

（10 分）

正子電腦斷層造影（Positron Emission Tomography, PET）是目前臨床核醫學極為重要且優異的醫學影像診斷方法。請說明以下相關之事項：正子電腦斷層造影在影像診斷功能方面的基本原理？（5 分）在腫瘤、腦神經及心臟方面的臨床適應症應用為何？（5 分）從人員管理、物料管理、環境管理說明臨床正子中心（含製藥）之輻射安全防護要點？（5 分）

（15 分）

在製紙、紡織、橡膠、塑膠加工或生產製程上，常利用放射性同位素技術來消除因磨 擦 而 產 生 的 靜 電 荷 （ Radioisotopic Technologies Applied in Elimination of Electrostatic Charges），在技術操作上常選擇的核種，大都為阿伐或貝他粒子釋出的核種，主要考量的理由為何？ （5 分） 輻射防護及屏蔽觀點。加以說明之！（5 分）（背面）

（10 分）

電子加速器運轉時，若手指被 5 MeV 的電子射束照射 2 秒鐘，試問此時被照射的部位平均吸收劑量（Absorbed Dose）為多少戈雷（Gy）？（已知電子射束：109 個電子/秒，電子射束的直徑為 5 mm，電子在手指中能量損失為 2MeV‧cm2/g；1 電子伏特（eV） = 1.6 × 10 -19 焦耳（Joule, J））（10 分）

（10 分）

有一試樣重 160 公克，含有欲分析成分之 m 物質，溶解後加入 0.05 公克放射性強度為 1950 cps 的 32P 標記磷酸鈉，混合均勻後分離得 0.1 公克的純粹磷酸鈉，其放射強度為 60 cps，試計算此試樣含 m 的百分率（%）？（10 分）

（10 分）

請說明熱發光劑量計（Thermoluminescence Dosimeters, TLD）：基本工作原理。（5 分）熱發光材料選擇與考量因素。（5 分）劑量計讀與主要用途或應用。（5 分）

（15 分）

請說明我國游離輻射防護相關法規中，保障女性工作人員與其胚胎或胎兒的相關規範。（10 分）

（10 分）

請說明醫用迴旋加速器（medical cyclotron）可能產生空氣活化產物的原因與過程，並試舉一例說明之。（10 分）

（10 分）

直線加速器輸出 4 MV 的光子射束，在劑量校正時，將游離腔放置於水箱深 1 cm 處、SCD = 100 cm、照野為 10×10 cm2、校正劑量率為 1 cGy/MU。在治療腫瘤時，腫瘤位於等中心點（isocenter），SAD = 100 cm、腫瘤深度為 8 cm、照野為 6×6 cm2、Sc(6×6) = 0.970、Sp(6×6) = 0.990、TMR(8, 6×6) = 0.787，預計給予腫瘤劑量為 200 cGy，請計算需給多少 MU？（10 分）

（10 分）

在電腦斷層（computed tomography, CT）的劑量評估中，常使用圓柱假體與 10 cm 的游離腔，量測電腦斷層劑量指標（CT dose index, CTDI）。某一單列式 CT 在 140 kVp、500 mAs、pitch = 1.5、掃描長度 10 cm 的條件下，圓柱假體中心的 CTDI 為 40.3 mGy，圓柱假體四周的 CTDI 分別為 85.2 mGy、83.9 mGy、85.6 mGy、84.3 mGy，請分別計算CTDIc、CTDIp、CTDIw、CTDIv 與 DLP 各為多少？（10 分）

（10 分）

請說明輻射工作人員職業曝露劑量限度之規定。若某一女性輻射工作人員，一年內因體外曝露導致性腺接受 20 mSv、紅骨髓接受 15 mSv、乳腺接受 10 mSv、甲狀腺接受 8 mSv 的等價劑量，請根據我國游離輻射防護安全標準，計算其有效劑量為多少？（10 分）

（10 分）

請計算 15 g 的鐳（半衰期為 1600 年）五天後會產生多少 Bq 的 222Rn（半衰期為 3.8 天），當達到平衡時，會產生多少 Bq 的 222Rn？（10 分）

（10 分）

請試舉三例說明放射性同位素於植物研究上的應用及其原理。（10 分）

（10 分）

利用閃爍計數器計讀一 14C 標準液 5 分鐘，計數值為 820，將 14C 標準液移開後再計讀 60 分鐘，其計數值為 2100，請計算淨計數率與標準差。（10 分）

（10 分）

今有一個 30 Ci 的 60Co 射源（Γ = 1.3 R·m2/Ci·h）無法收回屏蔽之中，操作人員以 1 m/s的速度走向射源，並停在距離射源 1 m 處，他花了 20 秒檢視射源，最後以 3 m/s 的速度快速離開，請計算該操作人員的吸收劑量。（10 分）

（10 分）

請說明何謂參考人（reference man），並試舉兩例詳細說明參考人的用途。（10 分）

（10 分）