110 高普考高考三級 輻射安全 輻射應用及其防護 考古題詳解

核心觀念

本題考查游離輻射在農業生產與食品安全上的應用，重點是說明「不同照射目的，利用不同生物效應」：

• 對食品中的微生物、害蟲及其生長過程，使用適當劑量降低腐敗、病原菌或害蟲造成的損失。
• 對種子或繁殖材料照射，以誘發遺傳變異，再經世代栽培與篩選育種。
• 對害蟲照射使其不育，再釋放大量不育雄蟲，降低野外害蟲族群繁殖率。

食品輻照常用的游離輻射包括伽馬射線、電子束及 X 射線。輻射能量使微生物或昆蟲的細胞與遺傳物質受損；應用時須依食品、物種及防治目的選擇適當劑量與處理條件。食品經合規照射後不會因此成為放射性物質。

解題方法

依題目列出的四個面向分段回答：食品保存、育種、檢疫及昆蟲害防治。每一項都交代「照射對象、作用方式、應用效果及特色」，最後比較其共同優點與限制，即可完整作答。

各項應用、優點與特色

一、食品保存

以游離輻射降低食品中的微生物或害蟲數量，並抑制發芽、成熟或腐敗進程。依目的與食品種類，可用於：

• 抑制發芽：如馬鈴薯、洋蔥，延長儲藏期間。
• 延緩成熟與腐敗：減慢部分水果的成熟及品質劣變，延長保存期。
• 殺滅或降低微生物：降低致病菌及腐敗菌數量，提升食品衛生安全。
• 防治穀物及乾貨害蟲：降低昆蟲、幼蟲或卵造成的儲藏損失。

**優點與特色：**照射可穿透包裝處理，減少處理後再受污染的機會；可在低溫或常溫條件下進行，適合不宜加熱的食品；不需在食品中添加化學防腐劑，且可減少儲藏與運輸損耗。照射並非所有食品問題的通用解方，處理仍須配合衛生、包裝及適當儲藏條件。

二、育種

以伽馬射線、X 射線、中子等照射種子、花粉、插穗或其他繁殖材料，誘發基因突變，之後栽培後代並篩選具有優良性狀的個體，稱為輻射誘變育種。

可選育的性狀包括高產、早熟、矮性、抗病、耐旱、耐鹽或品質改善等。照射本身只增加遺傳變異來源，並不會直接產生所需品種；仍須經過後代培育、篩選、穩定性檢定及品種評估。

**優點與特色：**可在既有品種基礎上誘發新變異，保留原有有用性狀並增加改良機會；不必將外源基因導入作物，能提供傳統選拔較難取得的變異材料。

核心觀念

正子電腦斷層攝影（PET）是一種以正子放射性藥物分布呈現體內生理、生化或代謝功能的核醫影像技術。常見藥物包括氟-18 標記的去氧葡萄糖（$^{18}\mathrm{F}$-FDG），其分布可反映組織對葡萄糖的攝取與利用。

PET 的影像訊號來自正子與電子湮滅後產生的兩個光子，而非直接偵測正子本身。

成像原理與解題方法

1. 將正子放射性藥物注入受檢者體內，藥物依組織的生理或代謝特性分布。
2. 放射性核種發生 $\beta^+$ 衰變，放出正子。正子在組織中移動一小段距離後，與電子相遇並湮滅。
3. 湮滅時通常產生兩個能量各約 $511\ \mathrm{keV}$ 的光子，並近乎以 $180^\circ$ 相反方向射出：

4. 探測器環上的相對探測器若在預設時間窗內同時偵測到兩個光子，即記錄為一個符合事件。兩探測器間的連線稱為反應線（line of response, LOR），代表湮滅事件可能發生的位置。
5. 系統蒐集多方向的符合事件，以影像重建方法估算放射性藥物在體內的分布，形成斷層影像。若採用飛行時間 PET（TOF-PET），可利用兩個光子到達時間差，進一步估計事件沿 LOR 的位置。
6. PET/CT 常將 PET 的功能性資訊與 CT 的解剖構造影像融合，便於定位病灶，並可進行衰減校正。

解題技巧

作答時依序交代「正子藥物分布 → 正子與電子湮滅 → 兩個 $511\ \mathrm{keV}$ 光子 → 符合偵測 → 影像重建」，即可涵蓋主要得分點。應特別指出 PET 量測的是湮滅光子的符合事件；不是直接追蹤正子，也不是只靠單一光子形成影像。

（二）PET 在癌症、心臟疾病與腦神經疾病的診斷功能與應用

核心觀念

PET 可依放射性藥物的生物特性，呈現葡萄糖代謝、血流、受體或其他特定分子標的。臨床解讀須結合示蹤劑特性、病史及 CT 或 MRI 等解剖影像；以 $^{18}\mathrm{F}$-FDG 為例，病灶攝取增加不等於必然為癌症，感染或發炎也可能出現攝取增加。

1. 癌症

$^{18}\mathrm{F}$-FDG PET/CT 利用許多腫瘤細胞葡萄糖代謝增加的特性，主要用於：

• **腫瘤分期與全身評估：**偵測原發病灶、淋巴結及遠端轉移，協助評估疾病範圍。
• **尋找原發病灶或復發：**在特定病況下協助定位疑似原發腫瘤，或評估治療後疑似復發病灶。
• **療效評估：**觀察治療前後病灶代謝活性的變化，輔助判斷治療反應。

核心觀念

本題考查放射性示蹤劑稀釋法（同位素稀釋分析）。將已知質量與活性的鈷-60 記號物質加入含未知量鈷的溶液，充分混合後，取樣並分離鈷。假設鈷-60 與原有穩定鈷在化學處理中的回收比例相同，且活性測量條件一致，則混合液中鈷的比活性可用來求出原始鈷的量。

比活性定義為單位質量所具有的活性：

解題方法

設加入的鈷-60 記號物質質量為 $m_s=15.0\ \mathrm{mg}$，活性為 $A_s=680\ \mathrm{cpm}$。電鍍分離所得鈷樣品的比活性為

混合均勻後，記號物質與原有鈷具有相同的比活性，因此混合液中鈷的總質量為

核心觀念

本題分成兩部分：第一部分考中子源的產生途徑與典型反應；第二部分考中子屏蔽的分層原理。中子不帶電，不能像帶電粒子一樣直接以庫侖作用電離物質，因此穿透力強，屏蔽時須先有效減速，再吸收熱中子，並處理俘獲反應產生的二次輻射。

解題方法

依題目指定的三類來源，各舉一種常見反應，並指出中子的產生機制。屏蔽部分則按「快中子減速、熱中子吸收、俘獲 γ 射線屏蔽」的順序說明。

（一）有用中子通量的產生途徑

1. 加速器誘導反應

以加速器將帶電粒子加速後轟擊靶材，藉核反應產生中子。例如氘核轟擊氚靶的氘氚反應：

反應放出的中子約為 $14.1\ \mathrm{MeV}$。也可用加速質子轟擊鈹靶，經由 $({p,n})$ 等反應產生中子。加速器中子源的產額與入射粒子能量、電流、靶材及反應截面有關。

2. 核反應器反應產生

核反應器內的可分裂核種發生誘發裂變，裂變碎片放出數個快中子；中子再引發後續裂變，形成連鎖反應。例如：

反應器可提供穩定且高通量的中子場，常用於中子照射、活化分析及材料試驗。

3. 放射性同位素誘起核反應

利用放射性核種自發放出的 α 粒子轟擊輕元素靶材，經 $({\alpha,n})$ 反應產生中子。例如鐳鈹中子源：

其中 α 粒子可來自鐳、釙或鋂等放射性核種。此類同位素中子源構造簡單、可攜帶，但中子產額通常較低，且不能像加速器或反應器般方便地調節輸出。

（二）中子輻射源的屏蔽及防護原理

1. 先使快中子減速

核心觀念

同位素電池（放射性同位素電源）利用密封放射源衰變時釋出的能量，轉換成熱能或電能。題目列出的核種涵蓋 α、β、γ 衰變；選用時須考量半衰期、衰變能量、功率密度、輻射屏蔽需求及電源所需使用年限。

主要能量轉換方式有兩種：

1. 間接熱電轉換：放射性衰變產生的粒子或光子在屏蔽與包封材料中被吸收，能量轉成熱。熱電偶利用熱端與冷端的溫差，依塞貝克效應產生電壓；也可用熱機等方式將熱轉為電力。放射性同位素熱電發電機（RTG）是代表性裝置。
2. 直接輻射伏打轉換：β 粒子進入半導體，在其中產生電子—電洞對，形成電流；此方式稱為輻射伏打或 β 伏打轉換，適合低功率電源。

解題方法

依核種衰變類型與主要能量用途整理，再說明電池能提供什麼功能。實務上的同位素電池多採熱電轉換：無需燃燒或外部供電，可長時間、連續輸出電力；放射源的衰變熱也可直接供暖。部分 β 放射核種則可搭配半導體作直接轉換。

題目所列核種可概括如下：

核心觀念

本題考《游離輻射防護安全標準》第 11 條的妊娠工作人員防護，以及第 12 條輻射作業造成一般人之年劑量限度。以下以命題當年（民國 110 年）法規為準；該標準後續未有影響本題第 11、12 條劑量限值的重要修正。

作答時要分清三種劑量量值：有效劑量、等價劑量，以及約定有效劑量；也要留意妊娠工作人員的限值適用於「賸餘妊娠期間」，不是整年。

解題方法

（一）女性輻射工作人員告知懷孕後的工作條件與限值

依第 11 條，雇主接獲女性輻射工作人員告知懷孕後，應立即檢討其工作條件，使胚胎或胎兒接受與一般人相同的輻射防護。

其賸餘妊娠期間的劑量限值為：

• 下腹部表面等價劑量：不得超過 $2\ \mathrm{mSv}$。
• 攝入體內放射性核種造成的約定有效劑量：不得超過 $1\ \mathrm{mSv}$。

這兩項限值分別針對下腹部表面所受外照射，以及攝入放射性核種所致的內照射，不可混為同一種劑量。

（二）輻射作業造成一般人之年劑量限度

依第 12 條，一般人之年劑量限度如下：