射向地球的高能宇宙射線會與大氣作用,因而產生許多極高速的緲子撞擊地表。緲子為帶電粒子,其電量與電子相同,質量約為電子的 200 倍。緲子在高速通過物質時,會使其路徑周遭物質的原子游離而造成緲子的動能損失 ΔE,已知 ΔE 與緲子前進的路徑長及所通過物質的密度均成正比。
假設高能緲子在水中前進 1.0 m,約損失 200 MeV 的動能,其中 MeV 代表百萬電子伏特,相當於1.6 ´ 10-13 J,而水的密度為1000 kg/m3。試依據上述資料,回答第(1)~(2)題。
(1)假設地表大氣密度為 1.2 kg/m3,則高能的緲子在地表大氣中前進 1.0 km,損失動能大約多少 MeV?(A) 0.24 (B) 2.4 (C) 24 (D) 240 (E) 2400 【104 學測】
(2)利用高速帶電粒子在人體中行經腫瘤時所損失的動能,可以殺除癌細胞。假設某高速帶電粒子在人體中行經癌細胞與正常細胞時,每單位路徑長的動能損失分別為高速緲子在水中前進時的300倍與3倍。若欲利用加速器射出此高速帶電粒子,以治療人體皮下 10 cm 處、厚度約 1.0 mm 的惡性腫瘤,則此帶電粒子的動能至少大約多少 MeV?(A) 0.12 (B) 1.2 (C) 12 (D) 120 (E) 1200 【104 學測】
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