114 關務特考三等 輻射安全技術工程(選試英文)科別 可發生游離輻射設備 考古題詳解

核心觀念

本題考查診斷用 X 光管的能譜來源，以及管電壓、靶材與濾過對能譜的影響。X 光管發出的能譜由兩部分組成：

1. 連續 X 光（制動輻射）：高速電子在靶材原子核的庫侖場中減速，放出不同能量的 X 光光子，形成連續分布。
2. 特性 X 光：入射電子擊出靶原子的內層電子後，外層電子遷入空缺，放出能量等於兩能階束縛能差的光子，形成離散譜線。

縱軸通常表示光子數或相對強度，橫軸表示光子能量。臨床診斷用 X 光管多使用鎢靶，特性 X 光譜線疊加在連續譜上。

解題方法

先畫出制動輻射的連續背景，再在靶材特性能量處標出尖峰；最後補上能譜端點與濾過造成的低能光子削減。

光子數
 ↑
 │ │ Kβ
 │ │ │
 │ │ Kα│
 │ ___│___│__
 │ __/ \__
 │ __/ \___
 │ __/ \____
 │ __/ \__
 └─┬─────────────────────────────────────────→ 光子能量
 低能端 特性 X 光峰 Emax
 = eVp

圖中連續曲線表示制動輻射，尖峰表示特性 X 光。實際能譜還會因管電壓波形、靶材、陽極自吸收及總濾過而改變。

能譜特性

• 連續譜具有最高能量截止端點：電子經過管電壓 $V_p$ 加速後，最大動能為 $eV_p$；若單一電子的全部動能轉成一個光子，光子最高能量為 $E_{\max}=eV_p.$ 以 keV 表示時，$E_{\max}(\mathrm{keV})=V_p(\mathrm{kV})$。對應的最短波長為

核心觀念

本題考查傳統醫用直線加速器（medical linear accelerator, LINAC）的基本構造，以及電子模式下的束流路徑。

電子槍產生電子後，電子在加速波導管內加速，再經偏轉磁鐵導向治療頭。進入治療頭後，電子束經散射、監測與準直，最後由電子射束導引器（electron applicator）限制照射範圍並到達病人體表。

電子模式與光子模式的主要差異在治療頭：電子模式移開 X 光靶，並使用散射箔擴展窄電子束；光子模式使用 X 光靶產生 X 光，通常再以均整濾器修整射束。電子束不以均整濾器整平，而是靠散射箔形成臨床所需的照野。

解題方法

依電子束由上游至下游的順序，分成三段作答：

1. 產生與加速：電子槍、加速波導管。
2. 導引與治療頭整形：偏轉磁鐵、真空出口窗、準直與散射元件、監測電離室、準直器。
3. 照野限制與出束：電子射束導引器，最後到達病人體表。

傳統機型的治療頭元件配置會因廠牌及設計而異；以下列出代表性的臨床電子束路徑。

傳統醫用直線加速器示意圖

電子槍
 ↓
加速波導管
 ↓
偏轉磁鐵（將電子束導向治療頭）
 ↓
真空出口窗
 ↓
初級準直器
 ↓
散射箔（單箔或雙箔）
 ↓
監測電離室
 ↓
次級準直器／X、Y 準直葉片
 ↓
電子射束導引器（electron applicator）
 ↓
病人體表

電子由電子槍至病人體表的元件順序

電子槍 → 加速波導管 → 偏轉磁鐵／束流輸送系統 → 真空出口窗 → 初級準直器 → 散射箔 → 監測電離室 → 次級準直器（X、Y 葉片） → 電子射束導引器 → 病人體表

各元件功能如下：

核心觀念

關務使用的車輛貨櫃 X 光檢查儀，是以高能 X 光穿透貨櫃與載運貨物，再依貨物對 X 光的衰減程度形成透視影像的非破壞性檢查設備。題目重點有二：一是說明設備如何掃描車輛貨櫃；二是說明穿透式偵檢如何把 X 光強度轉成貨物影像。

此類大型檢查儀通常使用電子直線加速器產生高能 X 光，並以對側的偵檢器接收穿透貨櫃後的 X 光。實際設備的能量、掃描方式及是否具雙能量功能，依系統規格而異。

設備與檢查方式

1. 射源系統：電子直線加速器將電子加速後撞擊靶材，藉由制動輻射產生高能 X 光。高能 X 光具有較強穿透力，適合檢查裝有貨物的車輛及貨櫃。
2. 掃描系統：檢查時，車輛依作業方式通過檢查區，或由掃描架沿貨櫃移動。射源形成扇形或狹縫形射束，逐列照射貨櫃。
3. 偵檢系統：偵檢器設於貨櫃另一側，接收穿透車體與貨物後的 X 光。常見偵檢器由閃爍材料將 X 光轉成可見光，再由光電元件轉成電訊號。
4. 影像與判讀系統：電腦依偵檢訊號及掃描位置逐列組成影像，供查驗人員檢視貨物裝載情形、密度差異及可疑夾藏物。

偵檢原理

X 光通過物質時會因光電效應、康普頓散射等交互作用而衰減。穿透後的強度與物質的厚度、密度、組成及 X 光能量有關。對單一能量的窄束近似，可用指數衰減關係表示：

其中，$I_0$ 為入射 X 光強度，$I$ 為穿透後強度，$\mu(x)$ 為沿射束路徑的線性衰減係數。若路徑上物質均勻，則可簡化為：

核心觀念

硼中子捕獲治療（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT）是利用含硼藥物在腫瘤中的累積，以及硼-10 捕獲中子後產生高線性能量轉移（LET）、短射程帶電粒子的特性，達到局部殺傷腫瘤細胞的治療方法。題目主要考兩件事：治療反應如何造成細胞傷害，以及加速器型與反應爐型中子源的產生方式與束流特性差異。

主要核反應為：

此反應約有 $2.31\ \mathrm{MeV}$ 能量釋出，主要分支會伴隨 $0.478\ \mathrm{MeV}$ 的伽馬射線；少部分反應則直接釋出約 $2.79\ \mathrm{MeV}$。所產生的 $\alpha$ 粒子與鋰-7 原子核具有高 LET、短射程特性，射程約為細胞尺度，因此能量大多沉積在含硼細胞附近。

解題方法

作答時先由「藥物選擇性累積」說明腫瘤定位，再以硼-10 捕獲中子的核反應交代殺傷機制，最後比較中子的產生來源、能譜調整與設施型態。

BNCT 的治療流程可整理如下：

1. 給予含硼藥物，使硼-10 優先累積於腫瘤組織。
2. 以適當能量的中子照射腫瘤。治療深部腫瘤時，常使用超熱中子；超熱中子進入人體後逐漸減速，形成可被硼-10 捕獲的熱中子。
3. 腫瘤內的硼-10 捕獲中子後，產生 $\alpha$ 粒子及鋰-7 原子核。
4. 兩種高 LET 粒子在極短距離內沉積能量，造成腫瘤細胞 DNA 損傷及細胞死亡。

BNCT 的選擇性來自「含硼藥物在腫瘤的相對累積」與「反應產物射程短」兩項條件。它並非中子只會與腫瘤作用；正常組織仍會受到中子場及其他核反應造成的劑量，因此須考量硼藥物分布、腫瘤與正常組織硼濃度差，以及中子束品質。

加速器型與反應爐型中子源比較