光子と物質の相互作用

スポンサーリンク

光子と物質の相互作用

 (68pm39、68am70、67pm73、64.46、61.47、60.46)

相互作用反応相手光子のエネルギー二次電子
トムソン散乱自由電子不変なし
レイリー散乱軌道電子不変なし
光電効果軌道電子消滅 光電子
コンプトン散乱自由電子、最外殻電子散乱反跳電子
電子対生成原子核消滅 原子、陽電子
三電子生成軌道電子消滅 原子、陽電子
光核反応原子核 消滅 なし

弾性散乱

 (69pm71)
・光子の波動性を示す反応

・トムソン散乱
 自由電子との相互作用
 光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する

・レイリー散乱(干渉性散乱)
 軌道電子との相互作用  
 光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する

光電効果

 (68am72)


・光子のエネルギーEe
 Ee=Er‐Eb   
 Er:光子のエネルギー 
 Eb:軌道電子のエネルギー

・光電子エネルギー 
 K殻光電子<L殻光電子

・吸収端 (71pm73、63.46)
 光子のエネルギーが各殻の軌道電子放出に必要なエネルギーを上回り、減弱係数が急激に大きくなる場所

 エネルギー:L吸収端 < K吸収端
 K吸収端のエネルギー:13.6×(Z-1)2[eV]

・反応断面積τZ5×Er-3.5
 Z:ターゲットの原子番号

・光子の粒子性を示す反応

・光電ピーク(全エネルギーピーク)
 放出されたγ線がすべてのエネルギーを電子に与えて検出器に検出されるピーク

・入射光子のエネルギーがK殻電子電離エネルギーよりも大きい場合、光電子の80%がK殻光電子となる

スポンサーリンク

コンプトン散乱(非弾性散乱)

(73pm72)


・散乱光子のエネルギーEr′

$$Er′=\frac { Er }{ 1+\frac { Er }{ meC^{ 2 } } (1-cosθ) } =\frac { Er }{ 1+α(1-cosθ) } $$
 *α=Er/(meC2 )

・コンプトン電子のエネルギーEe
 Ee = Er‐Er′  
$$Ee=\frac { Er }{ 1+\frac { meC^{ 2 } }{ Er(1-cosθ) } } =\frac { Er×α(1-cosθ) }{ 1+α(1-cosθ) } $$

・Ee maxのとき、Er′min 
*180度散乱:コンプトン端
 Er′min = Er/(1+2α) 
 Ee max = (Er×2α)/(1+2α) 

・Ee minのとき、Er′max 
*0度散乱、反跳電子は90度散乱
 Er′max= Er
 Ee min = 0

*θ:0~180度に散乱する
*Φ:0~90度に散乱する 
*meC2:電子の静止エネルギー

・反応断面積σZ
 *面密度[g/cm2が同じであれば物質によらない

・光子の粒子性を示す反応

・コンプトン連続部 
 コンプトン散乱で生じた反跳電子がとる0から最大エネルギーEmaxまでの連続分布

・コンプトン端
 散乱角180度の場合に電子に最もエネルギーを与えて、光子が検出器から出ていく場所
 コンプトン連続部の終わり

・後方散乱ピーク
 検出器以外で後方散乱した散乱光子(最小エネルギーとなっている)が検出されて生じるピーク

電子対生成

 (69am72、68pm72、67pm73、60.47)
・光子(Er=hν)がクーロン場で消滅し、電子-陽電子対が生成される現象
 入射光子のエネルギーEr
 Er = 2meC2 + Krec +Kp + Ke
 Krec:反跳粒子の運動エネルギー
    (原子核の場合は≒0)
 
 Kp + Ke:電子対の運動エネルギー
 → 電子対の運動エネルギーKp + Ke
   Kp + Ke=Er – (2meC2+ Krec)
   KpとKeには連続的に分配される

・閾値:1.022[MeV] 

・反応断面積κZ2

三電子対生成 

 (68pm72)
・電子のクーロン場で電子対生成が起こる現象
 → 電子×2+陽電子にエネルギーが連続的に分配される

・閾値2.044[MeV]
(Krec=hν/2となるため)

スポンサーリンク

光核反応

 高エネルギーγ線が原子核に当たると、ある確率で吸収され、原子核を励起し、そのエネルギーが原子核内の核子の結合エネルギーを超えると、核子は核外へ飛び出す

・光子の粒子性を示す反応

・反応断面積
:γ線のエネルギーが15~20MeVで最大

・(γ,p),(γ,n),(γ,d),(γ,α),(γ,fission)などの反応が起こる
 (γ,n)は10~20MeVで起こりやすい

・閾値は存在する(だいたい結合エネルギーである8~10MeV程度)
 Q値は

(回析) 

(69pm71)
・ブラッグの反射条件を満たした場合に、Xは回析する
 → 結晶の構造解析に利用

・光子の波動性を示す反応

光子エネルギーの伝達

(72pm80、65.46)

・質量減弱係数μ/ρ
 μ/ρ = (τ+σ+κ)×N÷ρ  
 N:1cm3中の原子数
 ρ:物質の密度

・質量エネルギー転移係数μtr/ρ
$$μtr/ρ=[(1-\frac { δ }{ Er } )×τ+(1-\frac { hν^{ ‘ }-δ }{ Er } )×σ+(1-\frac { 2mC^{ 2 } }{ Er } )κ]×N÷ρ$$
 δ:特性X線の平均エネルギー

・質量エネルギー吸収係数μen/ρ
 μen/ρ= μtr/ρ×(1‐G)
 G:制動放射により失われる二次電子のエネルギーの割合

光子の減弱

 (72am97、70pm72、62.47、61.48)

・光子の強度I
 I = I0×e-μx×B 
 I0:初期X線光子量
 μ:線減弱係数(cm-1) 
 x:物質の厚さ(cm)
 B:ビルドアップ係数
  =(全光子数)÷(直接光子数)
  =1+(散乱光子数)÷(直接光子数)

半価層

 (68pm71、67pm83、63.66、61.60)
・半価層X1/2 
 X1/2= ln2/μ
   = 0.693/μ

・1/10価層X1/10
 X1/10 ln10/μ
    = 2.3/μ

・(第一)半価層H1
:線量が初めの半分となる吸収板の厚さ

・第二半価層H2
:さらに線量を半分とする厚さ

・均等度 = H1/H2
・不均等度 = H2/H1

*特性X線ではH1=H2となり
  連続X線では均等度<1、不均等度>1

・半価層への(大きくなる)影響因子 (62.67)
 「散乱線の混入
 「最大エネルギーの上昇
 「X線スペクトルの高エネルギーシフト

・半価層の測定方法 (72am80)

コメント

error:Content is protected !!