X線の散乱について

質問

X線のレイリー散乱が何故起きるのか分かりません。
光子を束縛電子が吸収して、エネルギーが増加して、同じエネルギーの光を放出して元の準位に戻って来るというのは感覚的に信じられません。
ほとんどの場合は、電子は原子から出て行ってしまったり、高い準位に遷移してそこからだらだらエネルギーを放出していきそうな気がします。

よろしくお願いします。

回答No.4

quadric · ベストアンサー

＞では、アルミに20kev以下の例えば、10kevくらいのX線を入れればレイリー散乱は起こるということですよね？内殻の電子が振動すると思うのですが、10keVもの大きなエネルギーを受け取った電子はクーロン力を振り切ってしまうか、他のもっと高い準位に遷移してしまうと思うのですが、どうなんでしょう？

電子が振動しているというニュアンスは少し違います。
原子全体が振動します。
電磁波が持つ電場についてはわかるでしょうか？
それにより分極され、振動というよりゆったりと波打つと表現したほうが的を射ているかもしれません。
原子には様々なstateがあります。そのStateに一致した周波数で分極振動が起こることにより、レイリー散乱は生じます。
言葉で伝えるにはイメージしづらいかもしれませんね……。

課題ではないのなら学校の先生方に聞いてみてはいかがでしょうか。

回答No.3

quadric

＞でも、X線のようなエネルギーの高い光子だと、軽い元素だと簡単に電子が飛んで行ってしまいそうなきがするのですが、どうなんでしょう？

軽い原子だとレイリー散乱は起こりづらいです。水素では起こりません。アルミでも入射X線が20KeVを越えるとほぼ起こりません(確率現象のためこう表記してますが、無視してもいいくらいに起こりません)。
入射光子のエネルギーが電離エネルギーより十分に高いとき軌道は振動などする余裕はなく、電子を放出してしまいます。つまりコンプトン散乱となります(ただし対生成を考慮する必要がないエネルギー域とします)。

補足

親切に答えてくださりありがとうございます。
やっぱり高いエネルギーだと飛んでいってしまうのですね。
では、アルミに20kev以下の例えば、10kevくらいのX線を入れればレイリー散乱は起こるということですよね？内殻の電子が振動すると思うのですが、10keVもの大きなエネルギーを受け取った電子はクーロン力を振り切ってしまうか、他のもっと高い準位に遷移してしまうと思うのですが、どうなんでしょう？
お願いします。

回答No.2

quadric

光子の持つ電場により軌道電子が変位し、その結果分極が起こり、原子は分極振動を起こします。
この分極振動は光子のの持つ振動電場により与えられたエネルギーに等しく、この分極振動のエネルギーが電場を乱した結果光子が放出されます。

まだ僕も勉強途中なので不確かかもしれません。

補足

光子が吸収されて電子が変位することで、原子中の電場を変化させ分極が起こり、それを戻そうとして光子が出てくるわけですね。

でも、X線のようなエネルギーの高い光子だと、軽い元素だと簡単に電子が飛んで行ってしまいそうなきがするのですが、どうなんでしょう？

回答No.1

rphnn150

周波数νの光子（X線）の電場が、原子がつくる電場と相互作用し、電子の電場を周波数νで変化させる。その電場の変化（周期ν）に応じて電子がエネルギーを受け取り、準位があがる。周期νで電場が変動しているため、電子が放射する電磁波も周期νをもつ。そのため、同じエネルギー（ｈν）の電磁波を放出する。
電子が陽子から離れるエネルギー（電離エネルギー）以下のエネルギーを受け取った場合は、電子は原子（陽子）に束縛されているため、準位があがっても元の準位に戻るしかない。
>電子は原子から出て行ってしまったり
X線は数KeV程度のエネルギーをもつので、電離エネルギーがそれ以下の原子なら電離させる。その時は、エネルギー準位に相当する輝線がでる、のかな。。
>ただ電離エネルギーが高い>高い準位に遷移してそこからだらだらエネルギーを放出
準位の変動周期は、入射してくる光子（X線）の周期νに依存する、のかな。。

お礼

電離エネルギーより低い場合はよくわかりました。
高い場合はよくわからないですよね。
ありがとうございます。