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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 回答 (1件)

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/MicroWorl …
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この回答へのお礼

遅くなりました
ご丁寧な回答ありがとうございました!

お礼日時:2010/10/02 00:29

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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コンプトン散乱は弾性散乱?

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ベストアンサー

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。

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]
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式はあっているはずです。

Q半価層について

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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。

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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電子線とβ線の違い

電子線とβ線の違いを教えてください。

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β線は原子核のβ崩壊によって出てきた電子で、こっちは人間のコントロール不能な放射線で、
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というくらいな感じです。
感じで、というのは本当の専門家に言わせると違うかも知れませんが、電気と放射線と両方ちょっとかじった私の感覚です。
要するにどっちも電子がすっとんでいくものだという点は同じです。核物理の産物としてとらえるか否かというだけの違いではないかとぼんやりと思っています。

Qミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
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

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Qスピン量子数

NMRでの測定で、スピン量子数が1/2のものがよく使われますが、このスピン量子数の計算方法はいったいどうやるのでしょうか??
一番わからないのが質量数17の酸素原子のスピン量子数が5/2になることです。

説明よろしくお願いします。

Aベストアンサー

私も詳しい計算ルールは知らないのですけど、原子核の殻模型を使えば計算できるみたいですね。

http://www2.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld3/3Part2/3P26/shell_model.htm
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/shell.html
(1番目の日本語のページでは、0s1/2, 0p3/2,...という番号付けになっていますが、2番目の英語のページのように、1s1/2, 1p3/2,...と番号付けすることのほうが多いと思います)

質量数16の酸素原子核は陽子8個、中性子8個ですので、エネルギー準位の低いほうから順に詰めていくと、それぞれs1/2に2個、p3/2に4個、p1/2に2個入って、閉殻になりますから、原子核の角運動量はゼロになります。

質量数17の酸素原子核は陽子8個、中性子9個で、質量数16の酸素原子核に中性子を1個付け加えたものですから、この中性子はd5/2に入って、原子核の全角運動量量子数、つまり原子核のスピン量子数、は5/2になります。

ANo.2の方の回答にある経験則も、この殻模型できれいに説明できます。原子の殻模型で使うフント則とは反対に、原子殻の殻模型では、スピン量子数をできるだけ小さくするように核子の角運動量を合成するようです。

私も詳しい計算ルールは知らないのですけど、原子核の殻模型を使えば計算できるみたいですね。

http://www2.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld3/3Part2/3P26/shell_model.htm
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/shell.html
(1番目の日本語のページでは、0s1/2, 0p3/2,...という番号付けになっていますが、2番目の英語のページのように、1s1/2, 1p3/2,...と番号付けすることのほうが多いと思います)

質量数16の酸素原子核は陽子8個、中性子8個ですので、エネルギー準位の...続きを読む

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エックス線写真のコントラストについて

エックス線写真のコントラストに影響を及ぼす因子として線質があると教わりました。これはなぜでしょうか?写真のどの箇所も一様に同じ線質のエックス線があたるので無関係のように思えるのですが・・・。
どなたか教えて下さい。お願いします。

Aベストアンサー

>線質があ
どちらをさしているのか.文面から読み取れませんでした。

かんきゅうのいんか電圧の違いによって.発生するx線の波長が変化します。波長によって.AgBrの分解が早い場合と遅い場合があります。

x線のフィルターの関係で.1点からきれいな放射状に広がる場合と.ある程度大きな面から放射状にひろがる場合があります。後者の場合.輪郭がぼやけて.結果的にコントラストが下がります。

医療の場合には.AgBrを直接攻撃するのではなく.印画紙の前後にけいこうざいを塗り.けいこうざいをXせんが攻撃して蛍光を発し.この蛍光を保存する場合があります。波長が多少AgBrとは異なります。

波長によっては.透過する場合・散乱する場合があります。散乱すると輪郭がぼやけて(例.良い写真は乳房等脂肪と大気の協会がきれいに移る)しまい.コントラストが下がります。

波長を示しているのか.絞りをしめしているのか.文面から読み取れませんでした。

なお.透過撮影は.私の場合には.カウンターを使うことしかしていません。


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