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コンプトン散乱について調べていると、弾性散乱と記載されていたり、非弾性散乱と記載されていたりして混乱してしまいました。どなたかわかる方がおられればご教授下さい。

自分なりに考えた結果、電子の結合エネルギーが無視できるほど小さい場合は弾性散乱、そうでない場合は非弾性散乱になり、弾性の場合も非弾性の場合もあるのかなと思っていますが、これで合っているのでしょうか?

A 回答 (2件)

コンプトン散乱の場合、入射するX線と散乱されたX線を比較すると波長が変化していますのでX線に注目する場合には非弾性散乱としています。


同じX線の散乱でも、トムソン散乱のように波長が変わらない散乱は弾性散乱と呼ばれます。

電子が束縛されているエネルギーが小さい場合でも、はじき出される電子が持つエネルギーが大きいとX線の波長は大きく変わりますのでこの場合は非弾性散乱として取り扱わないといけません。


別の見方をすると、通常の物と物との衝突において、弾性衝突とは運動エネルギーの和が保存されますが、非弾性衝突では運動エネルギーの和が保存されません。(物質の変形や熱の形に運動エネルギーが変換されるため)
このロジックで行けば、コンプトン散乱はエネルギーが保存されているため"弾性"衝突とみなせます。そういう意味で弾性・非弾性を使い分けている場合もあります。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます!
が、知識不足のためいまいち理解できていません・・。
申し訳ありません。できたら以下の部分についてもう少し教えて下さい。

>このロジックで行けば、コンプトン散乱はエネルギーが保存されているため"弾性"衝突とみなせます。

コンプトン散乱の場合、束縛されている電子をはじき飛ばすのに消費されるエネルギーは考えなくても良いのでしょうか?軌道の電子をはじきとばすのに一部のエネルギーを失うようなイメージがあるのですが・・。

お礼日時:2009/06/23 15:41

#1の補足に対して



束縛されていない電子を飛ばすような場合には光子+電子のエネルギーは保存されます。この時のコンプトン散乱は"弾性"的といえるでしょう。
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この回答へのお礼

私の中の"弾性散乱"の定義自体が間違っていたような気がします。
頭の中をもう一度整理してみます。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2009/06/24 10:23

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Q弾性散乱=干渉性散乱?

弾性散乱と干渉性散乱は同じことでしょうか?

どちらもエネルギーの授受がなく、方向のみが変化する現象と理解していたのですが。。。
とある教科書で両者を使い分けているような表記があったため混乱しています。

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

そう単純には言えません。
光りの散乱で有名なラーマン散乱は一般的に非弾性で干渉性、
ミー散乱は弾性で干渉性と言われています。

ドイツのWikiに簡潔にまとめられていたので訳して紹介します。

Wiki衝突Stoss
http://de.wikipedia.org/wiki/Elastischer_Sto%C3%9F#Elastischer_Sto.C3.9F
(動画が見られます)

弾性衝突
2つの物体が、エネルギを例えば熱や変形エネルギの様な内部エネルギに
転換することなく衝突すること。エネルギ保存則によれば、衝突前の運動エネルギ
(力学的エネルギ)の和は衝突後の力学的エネルギ(運動エネルギ)の和に等しい。
同じ事は運動量のベクトル和に対いても運動量保存則として成りたつ。

散乱
素粒子物理学、原子物理学、核物理学、または光子が関与している場合は散乱と呼ばれる。
ここでも同じように、非弾性散乱(非弾性衝突)は力学的エネルギがそのものとして
保存されるのでは無く、部分的に例えば励起エネルギとして使われるか、または結合の
切断に使われる。
ある一つの光子が非弾性散乱に関与する場合は一般的にはその波長が変化する。


Wiki散乱Streuung
http://de.wikipedia.org/wiki/Streuung_(Physik)

弾性散乱と非弾性散乱は区別される。弾性散乱(弾性衝突も参照)では力学的エネルギの
和は衝突以前のそれと同じ大きさである。非弾性散乱ではこれに対して、例えば既に有る
力学的エネルギの一部がある原子の励起エネルギに転化したり、またはある結合を切る
イオン化過程で使われたりする。

狭い意味では非弾性散乱は入射された粒子が衝突後に、エネルギは減少しても、まだ存在し
しており、広い意味では吸収過程(入射粒子が「消滅」する過程)も非弾性散乱過程に
含まれている。

波の散乱では、干渉性散乱と非干渉性散乱が区別される。干渉性散乱では入射波と散乱波の
間には確かな位相関係があり、非干渉性散乱には無い。干渉性光線が干渉的に散乱されると、
散乱光は相互に干渉する。これは特にレントゲン線(X線)回折に応用される。

そう単純には言えません。
光りの散乱で有名なラーマン散乱は一般的に非弾性で干渉性、
ミー散乱は弾性で干渉性と言われています。

ドイツのWikiに簡潔にまとめられていたので訳して紹介します。

Wiki衝突Stoss
http://de.wikipedia.org/wiki/Elastischer_Sto%C3%9F#Elastischer_Sto.C3.9F
(動画が見られます)

弾性衝突
2つの物体が、エネルギを例えば熱や変形エネルギの様な内部エネルギに
転換することなく衝突すること。エネルギ保存則によれば、衝突前の運動エネルギ
(力学的エネルギ)の和は衝突後の...続きを読む

Qレイリー散乱とトムソン散乱などの違い

レイリー散乱とトムソン散乱などの違い

こんにちは!
機器分析を勉強しているのですが、
レイリー散乱とトムソン散乱などの違いが分かりません。
簡単な認識としては

入射光と励起光の波長が等しいものがトムソン散乱で
入射光と励起光の波長が違うものが(アンチ)ラマンストークス散乱
入射光と反射光(回折光)の波長が等しいものがレイリー散乱、
入射光と反射光の波長が違うものがコンプトン散乱という認識でいいでしょうか?

それと、コンプトン散乱は運動量が一定という解説がされていましたが、
入射光と反射光との波長が違っているという、これはどういうことでしょうか?

簡単でいいので説明してください。

Aベストアンサー

入射光と散乱光の波長が等しいものを弾性散乱といいます。
入射光と散乱光の波長が違うものを非弾性散乱といいます。

トムソン散乱とレイリー散乱は弾性散乱です。
(アンチ)ラマンストークス散乱とコンプトン散乱は非弾性散乱です。

トムソン散乱とレイリー散乱の違いについては、専門家の人には怒られてしまうかもしれませんけど、「入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長と同じくらいかそれよりも長いときに起こる弾性散乱のことをレイリー散乱と呼び、入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長よりも十分に短いときに起こる弾性散乱のことをトムソン散乱と呼ぶ」というくらいの認識でいいんじゃないかと私は思います。

原子や分子やイオンでは、電子遷移を起こす波長というのは紫外線や可視光線の波長ですから、
可視光線を試料に照射したときに起こるのがレイリー散乱と(アンチ)ラマンストークス散乱で、
X線を試料に照射したときに起こるのがトムソン散乱とコンプトン散乱である、
と考えていいです。


> という認識でいいでしょうか?

試料に照射する光のことを、励起光または入射光と呼びます。つまり励起光と入射光は同じものです。

X線回折実験では、散乱光(散乱X線)が互いに干渉することにより回折光(回折X線)ができます。回折光(回折X線)のことを反射光(反射X線)ということもあります。トムソン散乱は干渉性散乱なので回折が起こりますけど、コンプトン散乱は非干渉性散乱なので回折が起こりません。ですので、コンプトン散乱により出てきた光のことを反射光(反射X線)と呼ぶのは、間違いとまではいいませんけど、避けたほうが無難でしょう。トムソン散乱により出てきた光を反射光(反射X線)または回折光(回折X線)と呼ぶことは、まったく問題ありません。

これらをふまえると、

入射光と散乱光の波長が等しいものがレイリー散乱、
入射光と散乱光の波長が違うものが(アンチ)ラマンストークス散乱、
入射X線と散乱X線の波長が等しいものがトムソン散乱、
入射X線と散乱X線の波長が違うものがコンプトン散乱。

ということになります。


> コンプトン散乱は運動量が一定

運動量が一定、ではなく、運動量の和が一定です(運動量はベクトルなのでベクトル和が一定)。

 入射光の運動量+試料中のある一個の電子の運動量=散乱光の運動量+弾き飛ばされた電子の運動量

左辺の第二項(試料中のある一個の電子の運動量)は、他の三項に比べると無視できるほど小さいので、

 入射光の運動量=散乱光の運動量+弾き飛ばされた電子の運動量

になります。

参考URL:http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld/Part3/P37/Compton_effect.htm

入射光と散乱光の波長が等しいものを弾性散乱といいます。
入射光と散乱光の波長が違うものを非弾性散乱といいます。

トムソン散乱とレイリー散乱は弾性散乱です。
(アンチ)ラマンストークス散乱とコンプトン散乱は非弾性散乱です。

トムソン散乱とレイリー散乱の違いについては、専門家の人には怒られてしまうかもしれませんけど、「入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長と同じくらいかそれよりも長いときに起こる弾性散乱のことをレイリー散乱と呼び、入射光の波長が電子遷移を起こす光の波長よりも十分...続きを読む

Q半価層について

半価層、実効エネルギー計測実験をしたのですが、わからないことがあります。
検討のなかに第一半価層より第二半価層の方が厚いのはなぜか?という質問がどうしてもわかりません。わかるかた教えてください。

Aベストアンサー

一番目にろ過されたX線は波長の長いところが吸収されて短い波長が残る(平均エネルギーが高くなる)ためです。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

QX線装置にある、総ろかの単位の意味を教えてください。

X線装置の装置仕様を
仕事で見ていたら、総濾過(そうろか)という項目がありました。

具体的には、下記のサイトをご覧ください↓
http://www.asahi-xray.co.jp/products/alioth.html

その中に
総濾過:2.8mmAl(min)
とありました。

ネットで検索した所によると、

ここで言う「ろか」とは、
x線の色んな強さが混じって(連続スペクトル)、放射される。
その中、エネルギーが弱いx線は、レントゲン撮影には役立たないが、
皮膚に吸収されやすいデメリットがある。
それを「ろか」して、必要なエネルギーのx線することで、無駄な被爆を防ぐことです。(だと思います。)


んで、
その単位、mmAl(min)の意味がよくわかりません。
アルミ被写体を・・・何を表す単位でしょうか?

Aベストアンサー

総濾過は「アルミ当量」という考えです。
2.8mmAlとは2.8mmアルミ当量と言い換えます。
この濾過はフィルターを用い、X線の場合は多くはアルミニュームを使用します。
つまりこの場合は2.8mm相当のアルミニュームのフィルターが入っているという意味です。
純粋なアルミニューム単独とは限りませんから、純粋なアルミニューム2.8mmの厚さと同じ吸収をする構造になっているという意味です。

(min)は単に最低の場合で、通常はそれ以上の厚さといことになります。
管電圧が90kv程度までであれば、この程度の総濾過が適切でしょう。

PS:「被爆」と書かれていますが、この「被爆」は爆弾や爆発を被る事です。
放射線の照射されることは『被曝』という漢字を当てますが、「被ばく」と書くことが多いです。

QX線のKαって何を意味するのでしょう?

タイトルのまんまですが、XRD、XPSなどで使われる特性X線のCu-Kα線、Mg-Kα線のKαってなにを意味するものなのでしょうか?
ちょっと気になった程度のことなので、ご覧のとおり困り度は1ですが、回答もきっとそんなに長くならないんじゃないかと思うのでだれか暇な人教えて下さい。

Aベストアンサー

ちょっとうろ覚えなんですが。。。

X線は、フィラメント(主にタングステン(W)が用いられている)から電子を取り出し(加熱で)、それをX線を発生するターゲット(アルミニウム(Al)やマグネシウム(Mg)や銅(Cu))などに電子を衝突させて発生させます。
ターゲットとなる材料の電子軌道はそのエネルギ-準位がとびとびでかつ元素によって特有の値を持ちます。電子衝突によって飛び出した電子が仮にK殻の電子であったとします。K殻は他の殻(LやM)に比べて低いエネルギーにあるので、L殻やM殻の電子は安定した状態を保とうと、K殻へ落ち込みます。このとき(K殻のエネルギー)-(L殻のエネルギー)に相当するエネルギーがあまるので、これがX線となりこのエネルギーをもつX線が発生します。

そこで、potemkineさんの質問にあるとおり、Kαとかの命名法ですが、Kに相当するものは電子が衝突して飛び出した殻を示し、αは飛び出した殻に対していくつ外側の殻から電子が飛び出したのかを示すもので、1つ上からならα、2つ上ならβ。3つ上ならγといったようにあらわします。
例えば、K殻の電子が飛び出し、そこをM殻が埋めた場合(2つ上の準位)はKβ、L殻の電子が飛び出しそこをM殻が埋めた場合はLα
ちなみに下からK殻、L殻、M殻、N殻の順番です。

エネルギーや半値幅(エネルギーの広がり)の面から一般に用いられてるX線は、AlKα、CuKα、MgKαなどです。

ちょっとうろ覚えなんですが。。。

X線は、フィラメント(主にタングステン(W)が用いられている)から電子を取り出し(加熱で)、それをX線を発生するターゲット(アルミニウム(Al)やマグネシウム(Mg)や銅(Cu))などに電子を衝突させて発生させます。
ターゲットとなる材料の電子軌道はそのエネルギ-準位がとびとびでかつ元素によって特有の値を持ちます。電子衝突によって飛び出した電子が仮にK殻の電子であったとします。K殻は他の殻(LやM)に比べて低いエネルギーにあるので、L殻や...続きを読む

Q水中でのチェレンコフ効果のしきいエネルギーについて

水(屈折率1.33)中でのチェレンコフ効果のしきいエネルギーは何keVか。という問題の解き方がわかりません。答えは257keVになります。
詳しい解き方を教えてください。よろしくお願いします!!

Aベストアンサー

チェレンコフ光の放射角は
 cosθ=1/(nβ),β=c/v
で表されます.ここで,nは屈折率,cは光速,vは粒子の速度です.
cosθ≦1なので,チェレンコフ光が放射されるのは,速度が
 1/nβ≦1 ∴β≧1/n ……(1)
を満たすときです.

また,エネルギーは特殊相対論で習ったように,
 E=mγc^2, γ=1/√(1-β^2)  ……(2)
で表されます.ここで,mは粒子の質量です.

(1),(2)より,エネルギーのしきい値 E_threshold は,
 E=mγc^2
  =(mc^2)*(1/√(1-β^2))
  ≧(mc^2)*(n/√(n^2-1))
より,
 E_threshold=(mc^2)*(n/√(n^2-1))  ……(3)
と求まります.

準備はこれで終わりです.

(3)式を,水中(屈折率 n=1.3334)を粒子が高速で運動する状況に適用してみましょう.粒子として例えば,ミューニュートリノを考えてみます.ミューニュートリノの質量は,170KeV以下と制限が付けられています.そこで,粒子の質量として mc^2=170KeV を用いてみると,(3)式よりエネルギーのしきい値は
 E_threshold
 =(170)*(1.3334/√(1.3334^2-1)) KeV
 =257.0 KeV
と求まります.

参考:
ミューニュートリノの質量について
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%8E

チェレンコフ光の放射角は
 cosθ=1/(nβ),β=c/v
で表されます.ここで,nは屈折率,cは光速,vは粒子の速度です.
cosθ≦1なので,チェレンコフ光が放射されるのは,速度が
 1/nβ≦1 ∴β≧1/n ……(1)
を満たすときです.

また,エネルギーは特殊相対論で習ったように,
 E=mγc^2, γ=1/√(1-β^2)  ……(2)
で表されます.ここで,mは粒子の質量です.

(1),(2)より,エネルギーのしきい値 E_threshold は,
 E=mγc^2
  =(mc^2)*(1/√(1-β^2))
  ≧(mc^2)*(n/√(n^2-1))
より,
 E_threshold=(mc^2)*(n/√...続きを読む

Q放射線関係の単位について

質量阻止能と、質量エネルギー吸収線量の意味と
なぜあのような単位になるかが、参考書などを読んでも
理解できません。
どなたか教えていただけないでしょうか。
お願いします!

Aベストアンサー

質量阻止能について。

まず、「阻止能」というのは、物質に放射線が入射したとき、物質中の単位道のり当たりに失うエネルギーですから、
分子に失うエネルギーMeV、分母に道のりの長さcmが来まして、
[阻止能の単位]=Mev/cm
となります。

放射線の飛程はセンチメートルオーダーではありませんが、
簡単のため、厚さ1cmの板が多数重なった状況を考えましょう。

まず、
板の厚さ方向1cm(放射線の道のり1cm)当たりに物質の原子が沢山あれば、阻止能は大きくなり、少なければ阻止能は小さくなります。
厚さ方向の原子の数が異なる2種類の板を考えます。
一方の板は、もう片方の板に比べて、1cm当たりの原子数が2倍多ければ、その板の枚数を2分の1にすれば、もう片方の板の枚数とトントンになります。
つまり、阻止能と単位厚さ当たりの原子数とは比例関係にあるわけです。

次に、
1枚の板を床に置き、上からその板を眺めた状況を考えましょう。
面積当たりの原子数が多く見えるほど、板の色は濃く見えます。
色が濃いほど、放射線が入射したとき放射線が原子にエネルギーを奪われる確率が増えます。
したがって、面積当たりの原子数が多いほど、それに比例して、阻止能が大きくなります。


以上のことから、
阻止能 ∝ 厚さ当たりの原子数[cm^-1] × 面積当たりの原子数[cm^-2]
    ∝ 原子数密度[cm^-3]

ある元素を考えたとき、原子数密度は質量密度[kg/cm^-3]に比例するので、

阻止能 ∝ 質量密度[kg/cm^-3]

という結果になりました。
物質の阻止能と質量密度とは比例関係にあるわけです。

つまり、
その物質を他の物質とを比較をするとき、阻止能を質量密度で割り算して、
阻止能/質量密度 = 質量阻止能
とすれば、同じ密度でも、こっちの方の物質のほうが阻止能が大きい/小さいといった、その物質の特徴を表す量になります。

よって、質量阻止能の単位は、
MeV/cm ÷ kg/cm^3 = MeV・cm^2/kg
(エネルギー × 長さの2乗 ÷ 質量)
となります。


質量エネルギー吸収線量の方は習わなかったか、忘れたかで、よく分からないのですが、
どういう単位になっていますか?
教えていただけると、もしかして回答できるかもしれません。

質量阻止能について。

まず、「阻止能」というのは、物質に放射線が入射したとき、物質中の単位道のり当たりに失うエネルギーですから、
分子に失うエネルギーMeV、分母に道のりの長さcmが来まして、
[阻止能の単位]=Mev/cm
となります。

放射線の飛程はセンチメートルオーダーではありませんが、
簡単のため、厚さ1cmの板が多数重なった状況を考えましょう。

まず、
板の厚さ方向1cm(放射線の道のり1cm)当たりに物質の原子が沢山あれば、阻止能は大きくなり、少なければ...続きを読む

Q光電効果とコンプトン散乱について

光電効果とコンプトン散乱の実験により、光の粒子性がわかるように結論する理由ってなんなんですか??
物理初心者なのでよくわからなくて悩んでます。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 光電効果では、当てる光の強度を弱くすると、飛び出してくる電子の数が減るが、ひとつひとつの電子の持っているエネルギーは変わりません。弱い光で飛び出す電子が強い光の時と同じエネルギーを持つと言うことは、光がある量のエネルギーを持った固まりからできていると考えなくてはなりません。
 光が普通の波だとすると、弱い光はエネルギーの小さい波であり、波のエネルギーが小さいと言うことは振幅が小さいことになります。振幅の小さい波からエネルギーを受け取る電子は、小さいエネルギーを持つことになるはずですが、実際にはそうはならない、ということです。

 コンプトン効果では、電子に当たった光のうち、あるものは振動数が変わって反射されます。普通の波の反射では振動数は変わりませんから、光は普通の波ではないことになります。
 この現象を説明するには、光は振動数に応じたエネルギーを持つ粒子であると考える必要があります。このようなエネルギーを持つ粒子と電子が、二つのビー玉がぶつかるのと同じようにぶつかったとして計算してやると、衝突後のエネルギーがうまく説明できます。

Qウェル形シンチレーションカウンタの検出効率

ウェル形シンチレーションカウンタの井戸の中に試験管形点状線源をいれ、
線源の位置を井戸の底、底から1cm上、2cm上というように変化させ、数回γ線を測定しました。

そこでウェル形シンチの、幾何学的検出効率Eの線源位置による変化を計算しなくてはなりません。
EはGM計数管の検出効率を応用するということで

E={1-h/(r^2+h^2)^1/2}/2
h:点線源から検出面までの距離  r:検出面の半径

という式を使うのですが、この「h」と「r」がよくわかりません。
ウェル形シンチの場合、「検出面」とは具体的にどこを指しているのでしょうか?

Aベストアンサー

回答します。

参考URLにシンチレーション検出の参考になるホームページを張っておきますので、参考まで。

さて、これによると「光電子倍増管面」が存在しており、これを検出面とすればよいかも知れません。

ただし、その場合にはガンマプローブとの検出効率比較になりそうなので、もう少し調べてみると良いかも知れませんよ。

では。

参考URL:http://www.asca-co.com/nuclear/2009/01/post-16.html


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