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光電効果によるX線の吸収

発行:エスオーエル株式会社
http://www.sol-j.co.jp/

連載「X線CTで高精度寸法測定!?」
2012年11月10日号 VOL.018

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前回,吸収係数μを分解すると,

  μ = (光電吸収の効果) + (弾性散乱の効果) + (非弾性散乱の効果) + (電子対生成の効果)

のように書けることに言及しました.

今回は,光電吸収の効果τについてのお話をお伝え致します.


光電吸収と言っていたのは,光電効果によるX線の吸収のことです.

光電効果とは,X線などの光が物質に当たって,その中の電子にエネルギーを与え,
電子が飛び出す現象です.
このとき,エネルギーを与えた光子は消滅します.


光子が消滅せずに散乱するときは,非弾性散乱になります.
余談ですが,学生時代,私の専門は素粒子物理学でしたので,
量子力学と相対性理論の枠組みで,ファインマン図というのを使い,
非弾性散乱の計算をすることがありました.

機会があれば,どんな計算なのかをご紹介したいと思いますが,
長くなりそうなので,簡単に説明できるお話の構成を考えてみます.


さて,光子が電子にエネルギーを与えずに散乱するのが,弾性散乱です.


光電効果の話に戻って,豆知識ですが,
相対性理論で有名なアインシュタインは,相対性理論の功績ではなく,
光電効果の理論的解明によって,1921年のノーベル物理学賞を受賞しています.

光電効果は,光の粒子的性質が現れたものです.
光が波と考えると,光電効果は上手く説明できません.
昔は,光は波か粒子かで論争がありましたが,
今では,量子力学の枠組みで,光は波と粒子の性質を併せ持つということで
決着しています.


本題の光電吸収の効果τについてですが,
次のような式が知られています.

  τ = kρZ^3λ^3

ここで,kは比例定数,ρは密度,Zは原子番号,λはX線の波長です.

光電吸収は,物質の密度に比例しますが,
原子番号とX線の波長は3乗で効いていることが分かります.

吸収係数は,光電吸収だけではないので一概には言えませんが,
この式はX線CTをかける際には参考になります.


X線CTは,複雑な要因が絡んでややこしくなっていますが,
一つずつ紐解いていけば,見通しが良くなっていきます.

今後も話のネタを見つけては,いろいろご紹介していきます.

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高野智暢


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