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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
https://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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