教えて欲しいことが…

質問

γ線および荷電粒子と物質の相互作用がまったく判りません。物理学の知識があまり無いので、できるだけ詳しく教えてください。お願いします。

回答No.1

guiter · ベストアンサー

荷電粒子と物質の相互作用では，
●電離損失：
　　荷電粒子が物質中の軌道電子を電離・励起させることで
　　エネルギーを失う非弾性散乱．
●制動放射：
　　荷電粒子が加速度運動するとき，
　　電磁波としてエネルギーを放出する．
●クーロン散乱：
　　物質内原子との電磁相互作用によって起こる
　　エネルギーを失わない弾性散乱．
などが挙げられます．
また，陽電子などが物質中に入ったのであれば
物質内の電子と対消滅が起こります．

γと物質の相互作用では，
●電子対生成：
　　1.022MeV（電子質量の２倍）以上のエネルギーを持つ
　　γの場合に起こります．
●コンプトン散乱：
　　光の粒子性を示した実験として知られる
　　電磁波が電子を弾き飛ばすという現象です．
などが挙げられます．

ざっと挙げればこんなところでしょうか。

補足

回答どうもありがとうございます。
物質との間にいろんな作用がおこるんですね。
ところで、これらの相互作用ってどんなときに（どんな状況で）、どうして（何故）起こるんでしょうか？

回答No.3

guiter

> どんなときに（どんな状況で）、
物質中に荷電粒子やγが飛び込んだときには
今までの回答に出てきたような話はいつでも起こっています．
uhyohyohyo さんが書かれているように飛び込んだもののエネルギーによって，
どの効果がメインで効いてくるかが変わるだけです．

> どうして（何故）起こるんでしょうか？
ここに出てきた例はすべて電磁相互作用によるものです．
したがって，物質を構成する荷電粒子と飛び込んできた
荷電粒子やガンマ線が相互作用するからということになります．
もっとエネルギーの高いものを物質中に打ち込むと，
電磁相互作用以外に起因する粒子が現れたりもします．

お礼

どうもありがとうございました。

回答No.2

uhyohyohyo

私の分かる範囲でguiter様のに肉付けを…

γ線に関してはこの2つの他に光電効果というものがあります。光は主として物質中での相互作用の相手が電子なのですが、この光電効果は物質中の軌道電子(原子核に束縛されている)を切り離して、その電子がのこりのエネルギーをもらって元気に飛び出していく現象です。

γ線に関する相互作用はこの3つが主たるものです。そして、γ線のエネルギーが
低→高になるに従い、光電効果→コンプトン効果→対生成と重要になってきます。

また、相互作用する物質のZ(原子番号)の
光電効果…4～5乗
コンプトン効果…1乗
対生成…2乗
に比例して相互作用しやすくなります。

ちなみに、γエネルギーがさらに高くなると(だいたい20 MeV程度)原子核の陽子と中性子の振動に対応して、電気双極子的な共鳴が起こったりします。光核反応といって原子核との直接の相互作用なのですが、これが起こると束縛エネルギーを超えて励起状態になるので陽子や中性子の放出、あるいは色々な形での原子核の崩壊が起こり得ます。

ところでコンプトン散乱というのを挙げました。これは光が電子に衝突するイメージですが、逆コンプトン散乱というのもあります。これは高エネルギーの電子が光を叩きだして高エネルギーγを発生させます。この反応を利用して強い放射光を作り実験をしたりすることも。

お礼

どうもありがとうございます。
電磁波が物質に働きかけるんですね。