電子と物質の反応について

質問

電子線を物質に当てると物質が電離や励起などが起きますが、それは電子の持つ運動エネルギーによって電離や励起などの反応が起こるのでしょうか？
電子線ではなく、運動エネルギーを持っていない電子は物質を電離や励起しないのでしょうか？

回答No.3

雪中庵（@psytex）

運動エネルギーに限らず、全てのエネルギーの最小単位は
量子であり、「物がぶつかって運動量が伝わる」というのも
ミクロで見れば、その物質を構成する原子の最外殻電子同士
が電磁的に反発しあう＝量子を交換しているに他なりません。
運動エネルギーを持っていなくても、電気的に中性でなければ
電磁場のポテンシャルエネルギーを持っており、引きつけたり
反発したりします。
そのエネルギーは、電磁場のポテンシャルエネルギーから得ます。
ただし、「電離や励起」というのは、かなりの高エネルギー＝
波長の短い電磁波によって、原子全体ではなくその部分である
電子を共振させないと起きず、通常は物質全体を運動させてし
まいます。

回答No.2

nananotanu

その様にして物質に電離や励起を起こした電子線は通り抜けた後その分運動エネルギーを失います(例：https://www.mst.or.jp/method/eachmethod/b0011.html)ので、『質問者さまがイメージしているやり取りの仕方とは異なるかもしれませんが』　電子の持つ運動エネルギーによって　反応が起きる、というのは『正しい』です。

回答No.1

nananotanu

電子が物質に正面衝突すればいわゆる(イメージされているような)運動エネルギーのやり取りも起こり得るでしょうね。

一般には、物質側から電子が近づいてきて(衝突せずに！)通り過ぎて行くのを観察するとマイナスの電荷が近づき、マイナスの電荷が遠ざかっていく(乱暴な言い方に聞こえるかもしれませんが、プラスの電荷が近づくのと同等)のですから、『電場が』マイナス側に振れて続いてプラス側に振れるように感じられます。これは、『電磁波の波』が通り過ぎて行くのと同じです。

詳しい理論は省きますが、運動エネルギーを持った電子が通り過ぎる、という現象は、その運動エネルギーを波長のエネルギーの上限とする『完璧な白色光』を照射するのと同じなのです。
運動エネルギーが０なら、『光(電磁波)』としてのエネルギーも０ですから、『光を当てないのと同じ』即ち、何も起きません。
(電離や励起に必要なエネルギーは静止電子が持っている静電気エネルギーでは全く足りません：もっと滅茶苦茶大きい)