よろしくお願いいたします。
医学部生なのですが、生物選択生のため放射線の授業で苦労しています。

α崩壊のα線はヘリウム核が出てきて、β崩壊のβ線は電子が出てきて
というものは粒子が出てくるのでイメージしやすいのですが
粒子が出たあとに出てくるγ線、x線が光子という事ですが、この光子とはなんでしょうか。

粒子が出てくるわけではないのでエネルギーの塊ですか?

ただ、可視光線も光子というふうに聞いた事があります。

このような感じで混乱をしています。

授業担当講師への質問ではエネルギー塊という認識でよいという事でした。

高校の物理未履修者でもわかる内容で、光子についていろいろ御教授いただけたら幸いです。

よろしくお願いいたします。

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A 回答 (7件)

ラジオの電波から赤外線、可視光、X線、γ線は、呼び方は違いますが全て電磁波です。

それぞれが違うのは電磁波の波長だけです。ラジオの電波などは波長が長く、X線などは波長が短いです。つまり、γ線といえども、ようは電磁波であるということです。
さて、身の回りにありふれている電磁波ですが、実はとても不思議な性質を持っています。電磁波が波であることはご存じのとおりですが、物理学が発展していくにつれて、電磁波が電子などと同じように粒であると考えないと説明できない現象が次々と発見されてきました(具体例は割愛させていただきます)。電磁波は私たちが一般的にイメージする波としての性質と、粒としての性質の両方を持つ「何か」であるということが分かったのです。それに加えて、電磁波の波長が短くなるにつれて粒としての性質が大きく現れ、波長が長くなるにつれて波としての性質が大きく現れることも分かりました。これらを光の二面性と言ったりしますが、この二面性は人間の頭の中でイメージするのは難しく、光にはそういう不思議な性質があると無理矢理頭に押し込むしかないという感じです。光子というのは、この光の粒子性を強調して光を表現したい場合に使う言葉です。なお、光の波長の違いは光子のエネルギーの違いとして反映されます(波長が長いほうが光子のエネルギーは小さいです)。
X線やγ線を扱う場合は、前にも述べたとおり粒子としての性質が際立ってきますから、光を粒であると考えた方が扱いやすく、X線やγ線の正体は「光子」であるということが多いです。X線やγ線はエネルギーが高いために、照射することでさまざまな化学反応や物理反応を起こしやすく、医療にも使われるというわけです。
光子のイメージとしては光のエネルギーの塊という感じでいいと思います。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうごさいます。
お陰さまでほとんどの部分を大きく把握する事ができました。

可視光線もγ線、x線も光子であり、γ線、x線は粒子性がより高まるということですね。

α線、β線などの粒子線とも似たイメージが出てきてだいぶわかりますくなりました。

残りはもう一度質問し直そうとも思いますが
可視光線が非電離放射線で、γ線、x線が電離放射線という部分がわかりません。

光子が電離するのでしょうか?
電離はイオン化する事というのが私の理解なのですが

お礼日時:2011/04/07 08:29

No.2への補足です。


>可視光線が非電離放射線で、γ線、x線が電離放射線という部分がわかりません。

可視光線が非電離放射線で、γ線、x線が電離放射線であるというのは、可視光よりもγ線やX線の方がエネルギーが高いということに関係しています。すなわち、可視光程度の光子のエネルギーでは分子を電離させることはできませんが、γ線やx線程度の光子は分子を電離させるのに十分なエネルギーを持っているために分子に作用すると電離作用を引き起こすと言うことです。

>光子が電離するのでしょうか?
電離はイオン化する事というのが私の理解なのですが

そのような理解で正しいと思います。イメージとしては、光子と分子が作用すると光子が持っていたエネルギー分を使って分子が電離されるという感じです。
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この回答へのお礼

たびたびのご回答本当にありがとうございました。
電離の部分は完全にわかりました。
危うく丸暗記をしてしまうところでしたので本当に
助かりました。

お礼日時:2011/04/09 00:43

光子はエネルギーの塊というイメージで正解です。


光子は本来波です。それが5個くらいの塊の波なのです。塊の波が粒子(粒子性を持ちます)です。
だから光子は波でもあり粒子なのです。

というイメージでいいと思います。

参考になれば、幸いです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
なんだか禅問答のようでもありますが
イメージがわきました。
物理は難しいですが、これを理解している物理屋さんが
とてもうらやましいです。

お礼日時:2011/04/09 00:40

光子を粒子とか波とか通常の物質の現象として見ようとすることに無理があります。


光子は通常の物理現象と違って時間も距離もありません。
ただ、電磁場を持った物体と干渉した時に粒子としての性質として現れたり波として現われたりします。
通常の物体の空間を超越した電磁場に起きる瞬間的なエネルギー現象と考えてください。
時間が計測できるのは距離と時間の関係で起きる空間の性質(相対性理論)です。
常識を超えた電磁エネルギーの塊が空間を越えて届くものと思い込みましょう。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
やはり物理はすごいなぁって改めて思います。
すべての理解は難しそうですが、放射線を扱うものとして
イメージとして正しいものを身につけていきます

お礼日時:2011/04/09 00:38

「光」が波としての性質と粒子としての性質の両方を持っている、珍妙なものであるということはなんとなく耳にされていると思います。



たとえば、スリットを二つ少し離して設けて光を当てると、スリットの反対側ではあたかも波であるかのように干渉模様が現れます。もし、光が普通の粒子であるならば、スリットをすり抜けた反対側にばらばらに届くだけで干渉なんて起きるはずがありません。
一方、金属などに光を当てると電子が飛び出してくる「光電効果」というものがありますが、このとき、光の強さを変えても出てくる電子1個あたりのエネルギーは変化しません(数が増減するだけ)。もし、光が波ならば、電子にあたった波のエネルギーを受けて飛び出すので、その分電子1個のエネルギーも増減するはずなのに、そうはならない。
一方、光の周波数(まぁ、可視光線なら色ですね)を変えると、今度は電子1個あたりのエネルギーが変わってきます。

つまり、
1)光はその周波数(振動数)に応じたエネルギーを持つ(”プランク定数”で検索してください)粒粒である
2)光の強弱というのは粒の数が変化することだ
という風に考えるとうまく説明がつくわけですね。
実はこんな風に粒粒が持つエネルギーが周波数依存であるために、「夜空に星が見える」のだっていう話があります。もし、単なる波だったら星から届いた光は弱すぎて網膜にあたっても神経を刺激できないので、夜空は真っ暗っていうことですね。

ってことで、光というのは光子という質量も無ければ電荷も無く、寿命も無い、エネルギーの塊のような得体の知れない粒が波のようになって伝播している・・つまり光と粒子の両方の性質を持ち合わせているのだという考え方に至るわけです。
「何も無いのに粒」っていうのではまるで「透明人間」のような感じで気持ち悪いですけど、今のところ、そういうものだと考えるといろいろな現象がうまく説明できるので、「たぶん、そういうことなのだろう」ということですね。

で、更にこれよりも前にマックスウェルさんの研究によって、光は電磁波とも同じものであるということがわかっています。可視光線もγ線もX線も、ラジオやテレビ放送、携帯電話の電波も皆電磁波なんですね。これが「波」の性質の面ですね。
「光が波でありながら粒子でもある」ということなのですから、ラジオやテレビにしても携帯電話の電波にしても当然「光子」としての性質もあるわけです。ただ、この程度の周波数だと、光子のエネルギーがとても小さくて、波としての性質のほうが顕著に現れるので、実務上では単に「電磁波という波である」として扱い、「粒」としての性質に配慮することはほとんどないというわけですね。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました
どうしても光子というと可視光線のイメージが漢字から強いですが
電磁波は全部が光子といっても良いということですね。

お礼日時:2011/04/09 00:35

No.1です。

ボクは理科系出身者ですが、量子力学は教養課程レベルの知識しかありません。なので間違っている可能性があることを承知で補足します。

光子がエネルギーの塊という考え方は正直言って分かりません。光を波と捉えても波にはエネルギーがありますから光子とは直接関係ないと思います。

光の粒子性を説明しやすい現象として、光の運動量があげられます。光に運動量があるがゆえに、物質に衝突すると輻射圧という圧力を発生させます。物質に光がぶつかるとその衝撃で物質が揺らぎ振動するのです。お日様の光にあたると、太陽から遠く離れているにも関わらずポカポカするのはこの光の輻射圧によってわれわれの体を構成する分子の内部エネルギー(=熱)が増加するもの、と説明されます。

また空間をまっすぐ進んだり重力の影響を受けて経路が湾曲したりするあたりも光の粒子性と言われるゆえんです。ブラックホールという言葉を聞いたことがあるかもしれませんね。これは光子が重力で湾曲した空間に閉じ込められて出てこれなくなる物理現象です。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
光が粒子だと捉える一例はとても参考になりました

お礼日時:2011/04/09 00:29

光子とは光のことです。


光は電磁波です。電磁波は磁界と電界が相互に振動しあいながら空間を伝わっていく現象です。

実は光にはいろいろな物理的性質があって、電磁波という波としてとらえた方が説明しやすい性質(光の波動性)と、粒子としてとらえた方が説明しやすい場合(光の粒子性)があります。

そして光の粒子性を説明する場合に出てくる概念が光子という概念で、光を一種の粒子としてみなす考え方ということです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
可視光線の光子と電離放射線として扱われる光子はのっているエネルギー量が違うという感じでしょうか?

お礼日時:2011/04/07 08:14

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Q光子のエネルギー

例えば波長550nmの光のエネルギーを求めろという問題についてですが。

この波長のエネルギーはE=hνから求め hν=2.25evとなりまが

hν=光子1つのエネルギーであり、光はhνというエネルギーを持つ光子の集合体ですから、実際にこの問題では光の光子1つのエネルギーを求めろと言う事と捉えていいのでしょうか?

Aベストアンサー

はい、そうだと思います。

正確には「波長550nmの光の光子1個がもつエネルギーを求めろ。」というべきですが、よく「波長550nmの光のエネルギーを求めろ」と出題されます。

実際には光子が1個ということはないので、波長550nmの光(光子が何個も含まれている)のエネルギーは2.25eVよりもだいぶ大きいでしょう。

応用問題:波長550nmの(単色の)光をある時間のあいだ、検出器にあてたところ、検出器には積算して1mJのエネルギーがあたったとわかった。
それでは何個光子があたったことになるか?

Q単一光子(1つの光子)の無限分割

光を量子として捉えるとき、単一光子という概念になるようですが、これは、相互作用する相手との関係で定義されるのではないでしょうか?
すなわち、検出器の状態変化に必要なエネルギー(たとえば、光電効果に必要なエネルギー)に対する単位として意味があると思っています。
で、ハーフミラーを使って「光子がどちらか(あるいは両方)の経路を通った」といった概念にて実験が行われているようですが、検出器としての役割を果たさないハーフミラーの場合、単一光子であろうとも2方向に分かれると考えるべきだと思うのですが、間違っているでしょうか?

Aベストアンサー

>光を量子として捉えるとき、単一光子という概念になるようですが、これは、相互作用する相手との関係で定義されるのではないでしょうか?
もっともな考え方で、実際そのような考え方をたどった歴史があるようですが、現在では相互作用する相手とは独立に光子自身が量子であると考えられているようです。

>で、ハーフミラーを使って「光子がどちらか(あるいは両方)の経路を通った」といった概念にて実験が行われているようですが、検出器としての役割を果たさないハーフミラーの場合、単一光子であろうとも2方向に分かれると考えるべきだと思うのですが、間違っているでしょうか?
間違っていないと思います。単一光子でも重ね合わせの原理が成り立つという意味でです。


>1.いわゆる「光の強度」と呼ばれるエネルギーは、その光が単色光であったなら、hνの単位にまで分離することが可能。(単一光子)
賛成。

>2.単一光子の振幅(f)は電場・磁場の強度であり、|f|^2に相当する電場強度x磁場強度というエネルギーは、単一光子の場合hνとなる。
電場強度x磁場強度がエネルギーであるという意見には反対です。電場x磁場はポインティングベクトルに相当し、電磁場の運動量密度に相当します。電磁場のエネルギー密度は(電場^2+磁場^2)に比例するような形をしていることは電磁気学の復習です。考えている空間中の電磁場のエネルギー密度を積分した結果が電磁場のエネルギーです。
それから単一光子を考えるための理論は電磁場を量子化したものです。その理論は上の電磁場のエネルギーが(hνx光子の数)になるように作られています。また電磁場の振幅は演算子で書かれ、単純な意味での数字で表されるものではなくなります。

>3.単一光子が2方向に分裂するというとき、たとえばエネルギーが半分になるような場合、
二方向に分裂するとき、単一光子のエネルギーが半分になって二つの光子に分裂しても良いですが、半分にならずに単一のまま分裂することもできます。分裂の意味が違いますが。

>3-1.振動数(ν)は一定のまま、電場・磁場強度の振幅がそれぞれ1/sqrt(2)になる。
反対です。
振動数は一定のまま、一つの光子が二つの方向に分裂した重ね合わせの状態になります。
単一光子を記述するとき、電磁場の振幅を単純な意味での数字で表せません。振幅がそれぞれ1/sqrt(2)になるという考え方がナンセンスになります。

>3-2.振動数(ν)が半分(すなわち、波長:λが2倍)になって、電場・磁場強度の振幅がそれぞれ1/sqrt(2)になる。
一つの光子の波長が二倍になって、二つの光子に分裂することはあります。光パラメトリック効果のひとつです。しかしそれには特別な結晶(まさに光パラメトリック結晶とも呼ばれる)を通す必要があり、単なるハーフミラーの場合は起こりません。
また上と同様、振幅がそれぞれ1/sqrt(2)になるという考え方はナンセンスになります。

>のいづれかになると考えます。
のどちらも起こり得ます。どちらも興味深い現象だと思います。

>3-1の場合、もとの光は「単一光子」ではなく「単一光子」が二つ重なった状態だったともいえます。
いえません。単一光子が二つの状態の重ね合わせの状態になるといいます。

>3-2の場合、特定波長(特定エネルギー)の光子によって反応する機器(特定波長の光子を待ち構えている機器)にとっては検出されないので、「2方向に分かれた場合、検出されない。1方向のみ選択された場合、検出される。」になると考えます。(無論、分裂した後、干渉ないし重なり合って特定波長に回復する場合も考えられます)
波長が二倍になった光を検出できる実験的状況も準備可能と思います。

>光を量子として捉えるとき、単一光子という概念になるようですが、これは、相互作用する相手との関係で定義されるのではないでしょうか?
もっともな考え方で、実際そのような考え方をたどった歴史があるようですが、現在では相互作用する相手とは独立に光子自身が量子であると考えられているようです。

>で、ハーフミラーを使って「光子がどちらか(あるいは両方)の経路を通った」といった概念にて実験が行われているようですが、検出器としての役割を果たさないハーフミラーの場合、単一光子であろうとも2...続きを読む

Q光子エネルギー。。

光子エネルギーはhc/λであるから、放出される光の波長はh/λである。これは正解でしょうか。

Aベストアンサー

こんばんは。

不正解です。

E = hν (= Ec/λ)
からわかるように、プランク定数hの単位は、J・s です。
h/λ では、単位が、J・s/m になってしまいますから、波長になりません。

Q結晶からの回折X線と入射X線の強度算出について

X線を用いた場合の、結晶からの回折強度を計算したいと思っております。ラウエの式は入射X線強度が含まれていないので、絶対値を知ることが出来ず、回折強度の相対値だけ求められます。私が知りたいのは入射X線に対する回折強度です。

webで下記のページの(1.8.5)式に強度計算式がのっています。
http://66.102.7.104/search?q=cache:7n5U49JEdXAJ:www.nihonkai.com/higata/data/X-ray.pdf+%E5%9B%9E%E6%8A%98++lorentz+%E5%BC%B7%E5%BA%A6+%E7%B5%90%E6%99%B6&hl=ja&client=firefox-a
これを用いて計算すると、入射X線に対して出射X線強度が、1/10E25となってしまいます。私の経験上1/10程度の強度だと思うのですが。

また化学同人「これならわかるX線結晶解析」安岡則武著のp48に従って計算してみると入射X線強度が10E9倍になってしまいます(物理としておかしい)。

オーダーでよいので、算出例などを示して説明してくださるとうれしいです。また数式の載っているサイトや参考文献などありましたら教えてくださるようお願いいたします。

X線を用いた場合の、結晶からの回折強度を計算したいと思っております。ラウエの式は入射X線強度が含まれていないので、絶対値を知ることが出来ず、回折強度の相対値だけ求められます。私が知りたいのは入射X線に対する回折強度です。

webで下記のページの(1.8.5)式に強度計算式がのっています。
http://66.102.7.104/search?q=cache:7n5U49JEdXAJ:www.nihonkai.com/higata/data/X-ray.pdf+%E5%9B%9E%E6%8A%98++lorentz+%E5%BC%B7%E5%BA%A6+%E7%B5%90%E6%99%B6&hl=ja&client=firefox-a
これを用いて計算する...続きを読む

Aベストアンサー

回折強度計算と実測の比較は大変難しい問題ですが,和書としては,
三宅静雄著:X線の回折(1969)朝倉書店
が良いと思います.そして用語として,
古典電子半径,偏光因子,運動学的回折理論,動力学的回折理論,モザイク結晶,理想的不完全結晶,積分反射強度,等々に留意してゆっくりと勉学することが必要です.強度の計算についてはまず一個の電子による散乱強度,一個の原子による散乱強度,一個の単位胞による散乱強度を検討して,最後に結晶全体による散乱強度をチェックすることが必要です.

Q光の波長と光子について

はじめまして。数式は苦手ですが、光って何だろうと思いあちこちのサイトやここの質問を読みなんとかイメージが湧きました。このイメージって正しいのかお知恵を貸して下さい。

・光の波長について質問

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=123638
No.5さんによると

> 人間の目に見える光(可視光)は
>  7.6×10^-7(赤) ~ 3.9×10^-7(紫) [m]

例えば光子が左から右に向かって上下にふるふるしながら進む時

■ ○ ○ ○ ○
■○ ○ ○ ○ ○⇒光子の進行方向(速度=光速?)
↑  |--|
↑   ↑
↑   ☆この距離が波長?
タテにふるふるしている幅(振幅?)

質問1.一般的な認識は上の図ので正しい?

質問2.波長が短いという事は、より頑張って早くふるふるしているという意味で正しい?
※波長(赤)より遅いふるふる=電波以下の別モノ
※波長(紫)より早いふるふる=X線以上別モノ

質問3.早くふるふるするほどエネルギーが大きい?

質問4.ふるふるの向きは(図では便宜上、上下にふるふる)実際は前後左右上下ランダム?または進む方向に対して必ず直角とか?

・光子ついて質問

光子とは静止時の質量が0で、進み方・交わり方は波のように振舞うが、光子単体の動きや、何かにぶつかった時は粒子のような振舞いをする、ふるふるしたエネルギーと認識してます。
絵的にはバイブで着信中の携帯(光子)を真っ直ぐ投げたイメージです。

質問5.私の光子のイメージは正しい?

質問6.光子の形状は例えば球体というように、具体的に形状をイメージすることは可能?
(実際には誰も見たことがない。というより見る方法が無いですよね?)

質問6.このふるふるは、波長という単位以外に、秒間何回ふるふるするかという周波数でも表すことができる?

他にも何かイメージの沸く説明があれば、ぜひお願いします。変な日本語ですみません。^^;

はじめまして。数式は苦手ですが、光って何だろうと思いあちこちのサイトやここの質問を読みなんとかイメージが湧きました。このイメージって正しいのかお知恵を貸して下さい。

・光の波長について質問

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=123638
No.5さんによると

> 人間の目に見える光(可視光)は
>  7.6×10^-7(赤) ~ 3.9×10^-7(紫) [m]

例えば光子が左から右に向かって上下にふるふるしながら進む時

■ ○ ○ ○ ○
■○ ○ ○ ○ ○⇒光子の進行方向(速度=光速?)
↑  |--|...続きを読む

Aベストアンサー

 光子についての質問者様のイメージが正しいか間違っているかは、誰もわかりません。そもそも、粒子でもあり波であるものなど、人間にはイメージできるはずもありません。せいぜい、粒子のイメージをベースに波としての振る舞いを持たせるか、波のイメージをベースに粒子としての振る舞いを持たせるか、ということくらいしか想像できませんが、どっちにしろ、正しい理解にはなりません。
 正しい理解は、唯一、数式を用いて得られます。つまり、物理量の間の関係を定量的に示して、初めて正しい理解が得られます。しかし、数式だけで現象を理解することは難しいので、通常は理解しやすいようなイメージが色々と考えられる訳です。単に、自分で納得するだけであれば、自分で好きなようにイメージすればよいのです。
 気をつけなければならないことは、そのようなイメージから理論を導くことはできない、ということです。イメージからヒントが得られることはあるでしょうが、イメージだけで理論は作れません。例えば、質問者様が考える「ふるふる」について、単に、イメージとして持っておくだけで、実際に光子の挙動を求めるときは、電磁気学とか、場の量子論を応用する、というのならば、まったく問題はないのですが、「ふるふる」を現実の運動と考えて、その力学を求めようと考えてしまうと、まったく見当はずれな方向に行ってしまいます。
 ということで、数式を使って理解することをお勧めします。その上で、光子が球体であるとか、自由に好きなようにイメージすればよいのです。

 光子についての質問者様のイメージが正しいか間違っているかは、誰もわかりません。そもそも、粒子でもあり波であるものなど、人間にはイメージできるはずもありません。せいぜい、粒子のイメージをベースに波としての振る舞いを持たせるか、波のイメージをベースに粒子としての振る舞いを持たせるか、ということくらいしか想像できませんが、どっちにしろ、正しい理解にはなりません。
 正しい理解は、唯一、数式を用いて得られます。つまり、物理量の間の関係を定量的に示して、初めて正しい理解が得られま...続きを読む

Q粉末X線と単結晶X線

粉末X線でも単結晶に対するX線でも結晶構造は決められるんですよね?
この二つの違いがよくわかりません。それぞれの利点と欠点、その原因を教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

通常、Bragg条件を満たすのはかなり偶然性が高くなかなか回折強度が強くなる方法が出てきません。

そのため次の二つのうちどちらかを連続的に変化させることでBragg条件を満たす回折光が得られるようにします。

1.X線の波長
2.結晶の方向

1.が単結晶について用いられるLaue法で、2.が粉末に対して用いられるDebye-Scherrer法です。

1.のLaue法は結晶の向きが簡単に決定できる利点がある。
半面、結晶の大きさがかなりものをいい、小さな結晶しかできない場合はスポットの大きさが広がる問題点がある。
また、波長が連続であるため、指数を決めることはできても面間隔がそれだけではわからない問題もある。

2.のDebye-Scherrer法は大きな単結晶は必要なく、微結晶の集まりが得られさえすれが比較的簡単に行うことができる。
単波長であるため面間隔は自動的に決められるが、指数を決めることは面倒。結晶の対称性がある程度分かっていれば決められるがその情報が1発では求められない難点がある。

要するに波長、結晶の向きが同時に決められれば問題はないのだが、その場合Bragg条件を満たすことはほとんど不可能といってよく、仕方なしにこれらの方法に頼っているのである。

通常、Bragg条件を満たすのはかなり偶然性が高くなかなか回折強度が強くなる方法が出てきません。

そのため次の二つのうちどちらかを連続的に変化させることでBragg条件を満たす回折光が得られるようにします。

1.X線の波長
2.結晶の方向

1.が単結晶について用いられるLaue法で、2.が粉末に対して用いられるDebye-Scherrer法です。

1.のLaue法は結晶の向きが簡単に決定できる利点がある。
半面、結晶の大きさがかなりものをいい、小さな結晶しかできない場合はスポットの大きさが広がる問題点がある。
また、...続きを読む

Q誰か教えてください、波長とエネルギーの問題です

今アメリカの大学で化学の授業(一番簡単なやつです)をとっていますが、理系ではないのでちんぷんかんぷんです。

An excited atom emits a photon of red light with a wavelength of 743. nm, what is the energy of the photon?
(原子からでるPhoton(光子?)の赤い光が波長743ナノメートルの場合、エネルギーはいくらか?)

An electron in an excited metal atom falls from the 7d orbital to the 6p orbital. If the energy of the 7d orbital is -2.30e-19 J and the energy of the 6p orbital is -6.27e-19 J, what will the wavelength of the emitted photon be in units of nanometers?
(メタルの原子が7d(第7核?)から6d(第6核)に移動するときのPhotonの波長は何ナノメートルか? 7dのエネルギーは-2.30E-19J、6dのエネルギーは-6.37E-19です)

どなたかお願いします。インターネットで探しましたが、よくわかりませんでした。。
お願いします。

今アメリカの大学で化学の授業(一番簡単なやつです)をとっていますが、理系ではないのでちんぷんかんぷんです。

An excited atom emits a photon of red light with a wavelength of 743. nm, what is the energy of the photon?
(原子からでるPhoton(光子?)の赤い光が波長743ナノメートルの場合、エネルギーはいくらか?)

An electron in an excited metal atom falls from the 7d orbital to the 6p orbital. If the energy of the 7d orbital is -2.30e-19 J and the energy of the 6p ...続きを読む

Aベストアンサー

 こんにちは。
 まず一つ目の問題ですが、波長λとエネルギーEの間には、プランク定数hと(真空中での)光の速さcを用いて、
E=hc/λ …(1)
の関係があります。ここで、
h≒6.6260693×10^(-34) J・s
C=2.99792458×10^8 m・s^(-1)
で、いま、
λ=743 nm=743×10^(-9) m
ですので、
E≒6.626×10^(-34) J・s×3.000×10^8 m・s^(-1)/743×10^(-9) m
≒2.68×10^(-19) J
となります。問題が、「エネルギーはいくらか」という問い方ですので、これで正解のはずですが、この程度の(可視光の)エネルギーは、eV(電子ボルト)を単位に用いるということをよく行いますので、その答え方にするためには、
eV≒1.60217653×10^(-19) J
すなわち、
J≒1/1.60217653×10^(-19) eV
の関係を用いて、
E≒2.68×10^(-19)/1.60217653×10^(-19) eV
≒1.67 eV
となります。

 また、二つ目ですが、訳し直しますと、
「励起された金属原子の電子が、7d軌道から6p軌道に落ちる。7d軌道のエネルギーが-2.30×10^(-19) Jで、6p軌道のエネルギーが-6.27×10^(-19) Jならば、放出される光子(photon)の波長は、ナノメートル単位でいくらか。」
ですね。結局、これらの二つの軌道の間のエネルギー差が光子のエネルギーとなり、それを波長に換算すればいいわけです。まずエネルギー差を求め、次にそれを波長に換算する、という二段階で解きます。
 エネルギー差は、
-2.30×10^(-19) J-(-6.27×10^(-19) J)
=(6.27-2.30)×10^(-19) J
=3.97×10^(-19) J
です。つぎに、これを波長に換算するわけですが、先の式(1)は、
λ=hc/E …(1)'
と変形できます。これに値を代入すると、
λ≒6.626×10^(-34) J・s×3.000×10^8 m・s^(-1)/3.97×10^(-19) J
 ≒5.01×10^(-7) m
となります。さらに、問題は、「ナノメートル単位でいくらか」ですので、
nm=10^(-9) m
すなわち、
m=10^9 nm
を代入すると、
λ≒5.01×10^(-7)×10^9 nm
 =5.01×10^2 nm(=501 nm)
となります。

 こんにちは。
 まず一つ目の問題ですが、波長λとエネルギーEの間には、プランク定数hと(真空中での)光の速さcを用いて、
E=hc/λ …(1)
の関係があります。ここで、
h≒6.6260693×10^(-34) J・s
C=2.99792458×10^8 m・s^(-1)
で、いま、
λ=743 nm=743×10^(-9) m
ですので、
E≒6.626×10^(-34) J・s×3.000×10^8 m・s^(-1)/743×10^(-9) m
≒2.68×10^(-19) J
となります。問題が、「エネルギーはいくらか」という問い方ですので、これで正解のはずですが、この程度の(可視光の)エネルギーは、eV(電子...続きを読む

Q「光子の反粒子は光子」な件 (´・ω・`)

光子の反粒子は光子である、と聞きました。ということは

問い1:ある光子と別の光子が衝突した場合、対消滅してしまうのですか?
問い2:その結果、エネルギーなり他の粒子なりが生成されえますか?

Aベストアンサー

答え1: 「光子と光子が衝突して対消滅した」場合, その結果として 2つ以上の光子が生成されます. 結局何もかわりません.
答え2: 光子と光子が衝突して異なる粒子が生成されることはあります. 例えば, 合計で 1.02 MeV 以上あれば
γ + γ → e^- + e^+
のように対生成する反応が起きえます.

Q波長と電磁波とエネルギーの関係について

波数が2.50×10の4乗cm-1の電磁波を光子と捉えた場合に、この光子1molが持つエネルギーはどれくらい? という問題の解き方を教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

光子1個のエネルギーEはプランク定数h,振動数νを用いると
E=hν
となります。

波数kは波長λの逆数、λとνは光速cを介して
c=νλ
の関係があることから
ν=c/λ=ck
となります。よって光子1個のエネルギーは波数kを用いて
E=hck
となります。

この光子1molのエネルギーはアボガドロ定数をNとすると
E*N=hckN
となります。
あとは数値を入れればよいのですが、単位をそろえることをお忘れなく。

Q放射線、特にガンマ線、X線について

ガンマ線、X線は電磁波ですが、これは鉛1cm程度で遮蔽できるでしょうか?

また、ガンマ線がCMOSイメージセンサ内で起こすシングルイベント(SEL)は
どのようなメカニズムで起こるのでしょうか。

Aベストアンサー

>ガンマ線、X線は電磁波ですが、これは鉛1cm程度で遮蔽できるでしょうか?

ガンマ線、X線のエネルギーによります。遮蔽というのは入射線量を減衰させることですが、入射線量の何分の1にしたいのかで必要な鉛の厚さは変わります。大雑把に

I=Io・exp(-μx)

で表されます。μは減衰定数、xは鉛の厚さ、Ioは入射波の強さ、Iは鉛の透過後の強さです。μはエネルギーに依存します。放射線の基礎を学んでください。


>また、ガンマ線がCMOSイメージセンサ内で起こすシングルイベント(SEL)は
どのようなメカニズムで起こるのでしょうか

電磁波のシングルイベントというのは聞いたことがありません。むしろトータル・ドーズが効いてくるでしょう。


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