114 關務特考三等 輻射安全技術工程(選試英文)科別 密封放射性物質(包括非密封放射性物質) 考古題詳解

（一）$10^6$ 計數的百分標準差

**核心觀念：**放射性計數遵循卜瓦松統計。若計數總數為 $N$，其標準差為 $\sqrt{N}$；百分標準差是標準差相對於計數總數的百分比：

解題方法：

因此：

**解題技巧：**卜瓦松計數的相對標準差為 $1/\sqrt{N}$；計數增加為原來的 $100$ 倍，相對標準差會降為原來的 $1/10$。

（二）8 分鐘內測得 $3{,}200$ 個計數

**核心觀念：**計數率為計數總數除以測量時間。若計數服從卜瓦松統計，總計數的標準差為 $\sqrt{N}$，計數率的標準差則為 $\sqrt{N}/t$。

**解題方法：**令 $N=3{,}200$、$t=8$ 分鐘，計數率為：

總計數的標準差為：

換算成計數率的標準差：

因此計數率可表示為 $400\pm7.07$ 計數／分鐘；若題目所稱的標準差指 8 分鐘內的計數總數，則為約 $56.6$ 計數。

**解題技巧：**先確認標準差所對應的量。總計數的單位是「計數」；計數率的標準差必須再除以測量時間，單位是「計數／時間」。

（三）系統性誤差及降低方法

核心觀念

本題考查兩個層次：一是氟-18的核種物理特性與醫用製備；二是 $^{18}\mathrm{F}$-FDG 作為葡萄糖類似物，如何反映腫瘤、心肌及腦部的葡萄糖代謝，並由正子放射斷層攝影（PET）形成影像。

FDG進入細胞後，經葡萄糖轉運蛋白（GLUT）運送，再由己糖激酶磷酸化成FDG-6-磷酸；由於它後續代謝受阻，會滯留在細胞內。局部累積量因而可反映葡萄糖攝取與利用情形。$^{18}\mathrm{F}$衰變放出的正子與電子湮滅後，通常產生兩個方向近乎相反、各為 $0.511\ \mathrm{MeV}$ 的光子；PET藉由符合偵測重建放射性分布。

解題方法

先用「核種資料—製備方式」回答（一）；再以「葡萄糖代謝—細胞攝取—影像表現—臨床用途」的順序，分別說明腫瘤、心臟及腦神經應用。心肌部分須點出缺血時的代謝轉換，以及以「灌流與代謝是否一致」判斷存活性的概念。

（一）氟-18的放射物理特性與製備（10分）

**物理半衰期：**約 $109.8$ 分鐘，常寫作約 $110$ 分鐘。

**衰變模式：**主要經正子放射（$\beta^+$）衰變成穩定的氧-18，約占 $97\%$；少部分經電子捕獲（electron capture）衰變。正子在組織中減速後，與電子湮滅，形成一對能量各為 $0.511\ \mathrm{MeV}$ 的湮滅光子。臨床PET主要偵測這對光子，而非直接偵測正子。

**光子能量：**PET符合偵測所用的湮滅光子能量為 $0.511\ \mathrm{MeV}$。這是正子與電子湮滅產生的光子能量，應與正子本身的連續能譜區分。

**一般製備法：**以迴旋加速器（cyclotron）加速質子，轟擊富集氧-18水，進行核反應：

反應生成的氟-18通常以水中氟離子形式取得，再經放射化學合成製成 $^{18}\mathrm{F}$-FDG。由於氟-18半衰期短，製備、合成、品質檢驗及臨床使用須緊密銜接。

（二）腫瘤、心臟及腦神經應用原理與臨床適應症（15分）

1. 腫瘤

**作用原理：**許多惡性腫瘤的葡萄糖轉運及糖解作用增加，細胞表現較多GLUT、己糖激酶活性提高，因此攝取並滯留較多FDG。PET可顯示體內葡萄糖代謝較高的病灶；與CT或MRI結合，可同時提供代謝與解剖位置資訊。

**臨床適應症：**常用於多種腫瘤的診斷輔助、初始分期、尋找原發腫瘤或轉移病灶、治療後再分期、復發評估及療效追蹤。腫瘤攝取程度可作為代謝活性參考，但不能單憑FDG高攝取判定惡性；感染與發炎也可能造成攝取增加，須配合病史及其他影像判讀。

（一）放射物理特性與製備

核心觀念

本題要掌握三種醫用碘核種的半衰期、衰變方式、主要光子能量與製備途徑，並能連結其物理特性與臨床用途。碘-123 與碘-125 主要經電子捕獲衰變；碘-131 則以 β⁻ 衰變為主，並放出具代表性的加馬射線。

物理半衰期 $T_{1/2}$ 是放射性核種活度衰減至原來一半所需的時間，其與衰變常數 $\lambda$ 的關係為：

解題方法與各核種特性

$^{125}\mathrm{I}$ 衰變時也會產生低能電子與碲特性 X 光，因此其低能光子常以「約 27–35 keV」概括。$^{131}\mathrm{I}$ 的治療作用主要來自 β⁻ 粒子；364 keV 加馬射線則可供體外偵測與影像追蹤。

解題技巧與常見陷阱

可用「短半衰期診斷、低能長半衰期標記、β⁻ 治療」記憶：

• $^{123}\mathrm{I}$：半衰期短、159 keV，適合診斷造影。
• $^{125}\mathrm{I}$：半衰期較長、光子能量低，適合體外分析、標記及密封籽源近接治療。
• $^{131}\mathrm{I}$：β⁻ 衰變兼有 364 keV 加馬射線，兼具治療與影像追蹤特性。

製備題要分清迴旋加速器與反應爐：$^{123}\mathrm{I}$ 常用迴旋加速器；$^{125}\mathrm{I}$ 與 $^{131}\mathrm{I}$ 常見反應爐製備途徑。

（二）臨床用途及適應症

核心觀念

臨床用途取決於核種的衰變方式、光子能量、半衰期，以及碘離子會被甲狀腺攝取的生理特性。診斷通常使用適合伽瑪攝影或單光子電腦斷層的光子；治療則利用放射粒子在標的組織中沉積能量。

核心觀念

本題考查的是游離輻射與帶電粒子束在半導體製造、量測及元件測試上的用途。作答時應先區分：輻射可以用來改變材料性質，也能用來分析材料或檢驗製程；同一種輻射在不同條件下也可能造成非預期損傷。

解題方法與應用

可依「製程改質、微影加工、檢測量測、可靠度測試」四類說明，並點出各類輻射的作用原理。

一、離子佈植：控制摻雜濃度與深度

離子佈植是半導體製程中重要的摻雜方法。將硼、磷、砷等摻雜元素離子化，再以電場加速並注入矽晶圓，使其進入晶格，形成所需的摻雜區域。例如，硼常用於形成 p 型區，磷或砷常用於形成 n 型區。

佈植能量主要影響離子在材料中的平均深度，離子束劑量則影響注入的摻雜原子數量。佈植會造成晶格缺陷，因此通常須再以熱退火修復部分晶格損傷，並使摻雜原子電性活化。

二、離子束改質與材料工程

除摻雜外，離子束也可用於材料改質，例如形成絕緣層或特殊結構、控制缺陷與調整材料的電性或光學性質。以氧離子佈植搭配後續熱處理，可製作絕緣層上的矽（SOI）結構。

這類應用的關鍵在於控制離子種類、能量、劑量與佈植位置，使材料在指定深度或區域產生所需改變。

三、電子束與 X 光微影

電子束微影利用聚焦電子束在電子阻劑上曝寫圖案，具有高解析度，適合製作細微圖形及研究開發，但逐點曝寫使其產能受限。

X 光微影則利用短波長 X 光曝露阻劑，將遮罩圖形轉移至晶圓，具有製作細微圖形的潛力。此類應用的基本原理是輻射使阻劑發生化學變化，再經顯影形成圖案，供後續蝕刻或沉積製程使用。

四、輻射分析與製程檢測