光子と物質の相互作用④

ブログをご覧の皆さん、こんにちは。

今日も旧ブログからの移設記事をひとつ掲載いたします。

3日間にわたり光子と物質の相互作用について記載してきました。
今日は、光子と物質の相互作用について是非これだけは覚えておきたいことについてのまとめを書きます。

 光子と物質の相互作用は、毎年必ず物理の試験では数題、また物化生の試験でもよく出題されている重要事項ですので、必ず覚えるべきことは暗記し、また計算問題も過去問題をしっかり勉強して解けるようにして下さい。

①レイリー散乱
・光子の弾性散乱
・確率（断面積）は物質の原子番号の2乗に比例

②光電効果
・光子のエネルギー全てを軌道電子に与え、軌道電子を放出する現象
・非弾性散乱
・光子の粒子性を表す現象
・光子エネルギーが軌道電子の結合エネルギーよりも少し大きいときに起こりやすく

　なる
・光電子（放出された軌道電子）のエネルギーE_e

　　
・光電子は線スペクトル
・特性X線あるいはオージェ電子を放出
・外殻電子よりも内殻電子で起りやすくなる
・その確率（断面積τ）は、物質の原子番号の5乗に比例し、エネルギーの-3.5乗に比

　例する

　　
・エネルギーの小さい光子が原子番号の大きな物質に入射したときに寄与が大きくな

　る

③コンプトン散乱
・光子が軌道電子を放出する現象
・エネルギー的には保存されるので光子と物質との弾性散乱と考えることができる
・放出される電子がエネルギーをもつため、散乱される光子の波長は入射光子の波長

　から変化するため、この場合は非弾性散乱と考えることができる
・入射光子と散乱光子の波長の差は、

　　
・光子の粒子性を表す現象
・散乱後の光子のエネルギーは放出された電子のエネルギーEだけ小さくなる

　（波長λが長くなる）
・確率（断面積）は、物質の原子番号に比例
・コンプトン電子は後方に反跳されることはない
・散乱光子は入射光子のエネルギーによっては後方に散乱されることもある
・コンプトン散乱後の散乱光子のエネルギーE'γ　

　　
・コンプトン電子のエネルギーEe

　　
・電子のコンプトン波長は光子が90°散乱される場合の光子の波長の変化に等しい　

　　

　　　

　　   　　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
④電子対生成
・光子が物質の原子核の電場により電子と陽電子を生成する反応
・入射光子エネルギーが生成する電子及び陽電子の静止エネルギーの和1.022[MeV]

　以上で起こる
・生成した陽電子は、電子と結合した位置で0.511MeVの2本のγ線（消滅γ線、消滅

　放射線）を反対方向に放出して消滅
・電子と陽電子のエネルギーは0からE-1.022[MeV]までの範囲の連続スペクトル
・確率（断面積）は、物質の原子番号の2乗に比例
・光子のエネルギーが大きくなるほど起りやすくなる

⑤光核反応
・光子のエネルギーがかなり大きいときに起る反応
・光子が原子核に吸収され中性子を放出する反応