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光電効果の過程について質問です。

上司が、
光電効果とは原子が光子を吸収し、そのエネルギーの担い手として軌道電子を放出する相互作用で、K軌道の放出割合が多いのは原子核から近いためである。光子が直接軌道電子に当たるというご認識をよくしやすい。
と話をしていました。

大学では光子と物質の相互作用は、対象が4つで(1)軌道電子(2)原子核の作る場(3)核子(4)中間子であると習いました。
僕の認識では光電効果は(1)との相互作用の結果、光子が吸収される。というものです。

みなさんの解釈を教えて下さい。またこの場合光子のモーメンタムはどのように保存さているのでしょうか?

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A 回答 (4件)

 上司さんの説明はおかしいように思います。



 光電効果は電磁波が物質中に到達できる範囲で起こります。従って、物質表面が最も反応することになります。

 金属であれば、多くの電子は原子核を離れて自由電子となり、ポテンシャルエネルギーが最低で安定するよう、金属表面に集中して分布しています(なお、平面でなく凹凸があれば尖っているほど集中する)。

 そこへ電磁波を当て、波長をだんだん短くしていくと、ある波長以下になると電子が飛び出します。まず飛び出してくるのは金属表面の自由電子です。

 自由電子は原子核からおおむね遠い軌道(内殻より外殻の方がポテンシャルが低いこともあるので、正確にはポテンシャルが小さい順)から順に自由電子となりますから、最も内側であるK殻は自由電子になりにくいのです。

 金属でない場合は自由電子はなく、物質表面の原子の、おおむね最外殻から電子が叩き出されます(これも、本当はポテンシャル順)。金属原子まで電磁波が到達した場合も同じです。最も内側のK殻の電子を叩き出すには、L殻の電子を叩き出せる波長より短い波長の電磁波が必要です。

 物質表面の原子から光電効果で電子が叩き出される場合、K殻から電子を叩き出すにはその外側よりも波長が短い、すなわり高いエネルギーの電磁波が必要で、その意味では最も電子が叩き出されにくいと言えます。

 K殻の電子も叩き出せるほど短い波長の電磁波の光電効果であるとして、電磁波照射中は次々と電子が物質表面の原子から飛び出して来ますから、表面の原子の物質の結合に関与していない電子は尽きてしまい、それを補うように次々と内側の原子から外側へ電子が移動することになります。

 このとき、光電効果で出てくる電子について、K殻からのものがどれくらいの割合になるかは、照射される光子の数(いわゆる明るさ)と物質内部から表面へ移動する電子の速さに依存し、単純にどうなのかを言うことはできません。

 具体的には、例えば表面が光電効果により常にK殻の電子まで不足するのか、物質の原子の結合はどの軌道のものか、その軌道に原子核は本来何個の電子があるか、等々が影響します。

 以上は一般論ですが、実際に放射線を照射すると、多くの物質でK殻からの電子が最も多くなります。これは原子核から近いためではなく、ポテンシャルエネルギーの大きさの問題です(原子核から近い、がポテンシャルの意味で言っているなら正解)。

 電子が電磁波で励起される(ポテンシャルの高い殻へ移動する)のは、電磁波光子1個当たりのエネルギーが移動する殻間のポテンシャルエネルギー差以上で、さらにポテンシャルの高い殻までではないときです。余ったエネルギーは熱となります。

 電子が原子から完全に飛び出す場合を考えると、例えば光子のエネルギー(波長の短さ)がL殻から電子が飛び出すには充分であっても、K殻からでは不足な場合、K→L殻などの原子内での殻間の遷移に使われてしまいます。

 そのため、観測可能なくらいの光電効果を起こすのであれば、K殻から電子を叩き出せる波長の電磁波が必要となります。反応として、K殻を差し置いてL殻やさらに外側の殻から光電効果が起こることはありません。K殻の電子を叩き出して、さらにエネルギーが余っていて、それがL殻の電子を叩き出すほどであれば、L殻からも電子が出てきます。さらに外側の殻も順次同様です。

 それが現象的にはK殻からの電子が最も多くなる理由です。

 なお、そうなる仕組みとして、電子を励起する電磁波が励起に必要なエネルギー以上で、かつ余剰が小さいほど起こりやすいということがあります。言葉を変えれば、光子が電子の励起について余剰が少ないほど、電子に吸収される確率が高くなるということです。

 それについて、波長と衝突断面積の関係といった表現をすることがあります。確率が大きいということを、衝突の断面積が大きいと表現するわけです。

 光子のエネルギーの余剰が少ないほど衝突断面積が大きくなります。その表現を用いれば、光電効果が起こるK殻の電子を叩き出すに足る電磁波では、K殻より外側の殻ほど余剰エネルギーが大きく、すなわち衝突断面積が「K殻>L殻>…」であるため、光電効果で観測される電子は、K殻のものが最も多くなる、という説明も可能です。
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>またこの場合光子のモーメンタムはどのように保存さているのでしょうか?



一番分かり易い現象は、
サー・チャンドラシェーカル・ヴェンカタ・ラーマン氏が称えたラマン効果です。
原子核は、外部からエネルギーを貰い、複数の光子を出す現象。

しかも、1個、2個の話ではなく、連続する光子が原子核に影響するのが正しい。
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どうも上司さんや citeleさんの想定しておられる実験の条件がよくわからないのですが、


X線光電子分光による物質の内殻準位の測定を想定して回答します。
的外れでしたらすみません。

まず、一般にどの軌道(バンド?)からの光電子放出が多いかは状況次第で変わります。
どう変わるかを記述しているのが「フェルミの黄金律」と呼ばれる計算式でして、しば
しば式の一部だけ取り出して簡略化した「行列要素」だけで使われたりもします。光電
効果(光電子放出)の場合に合わせて単純に書くと、

(放出光電流)∝ (終状態)×(光と電子の相互作用演算子)×(始状態)
となります。(本当は単なる積じゃなくてブラケットだったりしますが、単純化のために
省略します)
>光子と物質の相互作用
は2項目に入っていまして、citeleさんの仰る通り、大抵の光電子放出過程では光子と
電子の相互作用だけ考えれば十分です。始状態は光を当てる前の物質内部の電子状態、
終状態は光子が1つ消滅し、電子が1つ真空準位に励起され、物質内部に空孔が1つで
きた状態です。光電子のエネルギーが物質の仕事関数よりも大きければ、光電子は真空
に放出されて、その一部は検出器(ついてれば)に到達してシグナルとして検出されます。

どの軌道(始状態)の電子が大きな行列要素を持つか、というのは相互作用演算子を挟ん
だ掛け算の結果次第でして、また終状態や相互作用演算子の作用は物質や入射光の波長、
偏光に依存します。K殻からの放出が強い場合もありますし、L,M殻や自由電子が強
い場合もありまして、一概には言えません。
また、入射光子のエネルギー(波長)が丁度バンドの束縛エネルギーと等しい時(電子が
励起された場合に光電子のエネルギーが丁度0になる時)の条件を共鳴と呼びまして、
この時は一般に光電子放出が強化されます。(#1の回答者様が仰る状況です)

>光子のモーメンタム
運動量のことでしたら、普通は光子のそれは物質中の電子のそれと比べてかなり小さい
ので無視できます。最近流行りの硬X線光電子分光などでは無視できないようですが。
そのため、光電子の運動量は励起前と比較してある程度保存されることになり、これを
実験的に検出することは物質のバンド構造をより詳しく知る手段として重宝されています。
「角度分解光電子分光」あたりのキーワードでより詳しい説明が見つかると思います。

角運動量(円偏光)のことでしたら、上記の行列要素のうちで励起可能な始状態の対称性
に関わってきます。その結果として特定の軌道角運動量やスピン角運動量を持つ電子だ
けが励起されたりして、主に物質の磁性などを探るのに役立っています。より詳しく知
りたいようでしたら、「XMCD」「円2色性」などのキーワードで探してみてください。
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>K軌道の放出割合が多い



このレベルは X線領域だけど、そういう話かな??
それとも X線管の話を聞き違ってませんか?
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Q光電効果と内殻電子

光電効果において、より結合エネルギーが大きい内殻の電子が飛ばされるのはなぜでしょうか。感覚的には逆のように思います。結合エネルギーが大きいと、飛び出す電子の運動エネルギーが小さくなり、原子核の受ける反跳エネルギーが小さくなるため、という説明を読んだのですが、いまいちよくわかりません。

別質問にアドバイスしたとき以前抱いたこの疑問を思い出しました。物理学は大の苦手です。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

siegmund です.

> まだ直感的なイメージがつかめないのが
> 「運動量保存則の制限(イオンが動かないといけなくなる)がシビアになる」
> というところです
> 何か直感的にわかるような例を出していただけないでしょうか?
>(例えばボールをぶち当てるというような

すみません,うまい説明が思いつきません.
もうボロが出かけています(^^;).
直感的には,入射電磁波のエネルギーが大きいと電子は前方に散乱されると思います.
ビリヤードで2つくっついた的球に手球を当てるとき,
手玉のスピードが大きければ2つの的球は大体前方に行きますが,
スピードが小さければ的球は比較的横方向にも行きます.
説明になっていないかも知れない.

前の私の回答で,グラフの縦軸は logσ と訂正してください.
また,L殻の吸収端のところの尖りは正確には3つに分裂します.
L殻の角運動量が3つあることの反映です.

> K, L, M,...殻からの光電子の割合の計算式などはあるのでしょうか?
Z^5 (mc^2/hν)^(7/2) に比例するという記述は目にしました(物理学辞典:培風館).
Z は原子番号です.

多分,X線分光,とくに EXAFS あたりの本に何か説明があるのではないかと思いますが
今手元に資料がありませんので,このあたりでご勘弁下さい.

siegmund です.

> まだ直感的なイメージがつかめないのが
> 「運動量保存則の制限(イオンが動かないといけなくなる)がシビアになる」
> というところです
> 何か直感的にわかるような例を出していただけないでしょうか?
>(例えばボールをぶち当てるというような

すみません,うまい説明が思いつきません.
もうボロが出かけています(^^;).
直感的には,入射電磁波のエネルギーが大きいと電子は前方に散乱されると思います.
ビリヤードで2つくっついた的球に手球を当てるとき,
手玉のスピード...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。

Q対消滅、対生成について

高校物理の教科書がどうしても理解できず、質問させていただきます。

「質量mの粒子と反粒子は衝突すると合体して消滅する。これを対消滅といい、このとき質量とエネルギーの等価性から2mc^2に等しい光子などのエネルギーに転化し、さらに新たな粒子・反粒子つい生成する。これを対生成という。図は電子と陽電子が衝突して光子に転化した後にクォーク、反クォークを対生成することを示している。」

その図は画像で添付しました。E=mc^2、光子のエネルギー、運動量の式は学習しましたので質量とエネルギーの等価性については疑問点がありません。この文章の内容について質問させていただきます。まずここでいう消滅とは、電子と陽電子の質量がいったん0になることを意味していますか?それから、この文章から見ますと、対消滅と対生成は必ずセットで起こるような印象を受けますが、そういう理解でよろしいですか?対消滅してそのまま電磁波のままの場合や、電磁波が突然対生成するような場合というのはないのでしょうか?

 ところで教科書では消滅とはっきり言っていますが、相対論的効果で起きるような非日常的な現象がありますので、消滅という現象もはっきりと定義する必要があると思います。初めに電子と陽電子の運動エネルギーがあって、衝突した後に2mc^2のエネルギーの電磁波を出すと教科書に書いてありますが、それは質量がエネルギーに変わっただけで、もともと持っていた運動エネルギーは入っていません。完全に質量が0になり消滅するのであれば、光子に転化されるエネルギーは、2mc^2+(もともとの運動エネルギー)+(静電気力がする仕事)でなければと思うのですが・・・


それから、問題集で、対消滅を取り上げたものがあります。陽電子は電子が対消滅した後、0.51MeVのエネルギーを持った2つのγ線が放射され、たまに3つに分かれることもある。みたいな問題文があり、その後、陽電子、電子の運動エネルギーを無視し・・・と書いてあります。問いはそれぞれのγ線のエネルギーについて聞いています。

この「陽電子、電子の運動エネルギーを無視し・・・」という部分に引っかかっています。
運動エネルギーとは対消滅をする前?の運動エネルギーをさしていると思いますが、無視しというのは0と見なすということでしょうか?そうすると衝突する前の2つのエネルギーとは、静電気力による位置エネルギーということでしょうか?問題文では1つ分のγ線のエネルギーを提示しているので、衝突する前のエネルギーがどのようなものかわからなくても問題は解けるのですが、「陽電子、電子の運動エネルギーを無視し・・・」となぜあえて言っているのかが全く分かりません。あえて言っているということは、対消滅とは実際に電子や陽電子は消えるわけではない現象であり、「衝突後に運動エネルギーが0になった場合を想定しなさい」という風にも聞こえます。しかし教科書を読んでも衝突して消えるのか消えないのかということがはっきりしないので、大混乱に陥っております。質問の意味がややこしくてすみませんが、どうかお助けいただけませんでしょうか。

高校物理の教科書がどうしても理解できず、質問させていただきます。

「質量mの粒子と反粒子は衝突すると合体して消滅する。これを対消滅といい、このとき質量とエネルギーの等価性から2mc^2に等しい光子などのエネルギーに転化し、さらに新たな粒子・反粒子つい生成する。これを対生成という。図は電子と陽電子が衝突して光子に転化した後にクォーク、反クォークを対生成することを示している。」

その図は画像で添付しました。E=mc^2、光子のエネルギー、運動量の式は学習しましたので質量とエネルギーの等価...続きを読む

Aベストアンサー

 特殊相対論の、エネルギーWと、質量m・運動量pの関係式は、

 E^2=(mc^2)^2+(cp)^2

というものです。これを速度が光速度cに対して極めて遅いとして近似式を求めると、

 E=mc^2+(1/2)mv^2

が出て、質量エネルギーとニュートン力学の運動エネルギーの和であることがでてきます。

 さらに電荷を持つ二つの粒子を考えると、位置エネルギーもあります。重力は電磁気力と比べて、極めて弱いので普通は無視してよいとするのが通例です。お考えの、

>2mc^2+(もともとの運動エネルギー)+(静電気力がする仕事)

というのは、光速度に対して極めて遅いときの近似式に相当します。光速度が顕わに影響する速度では、上述のエネルギーと質量・運動量の関係式を用いないと、誤差が大きすぎることになるのは、注意が必要かもしれません。

 対消滅→対生成では、厳密に考えるなら運動エネルギー、位置エネルギーも影響します。光子のエネルギーは波として対応する振動数がλだとすると、プランク定数hを用いて、

 E=hλ

ですから、運動エネルギー、位置エネルギーの分、質量エネルギーだけを考慮した場合とは、振動数λが変わります。対消滅・対生成で光子となっている過程では、質量ある素粒子だったときの運動量、位置エネルギーが振動数に反映されるということですね。

 ただ、運動エネルギー、位置エネルギーは微々たるものです。CERNなどのような、限りなく光速度近くまで素粒子を加速する大規模実験器では、運動エネルギーが大きく出てきますが、光速度の数パーセント程度(普通は大変な高速)であれば大したことはありません。

 運動エネルギーを考慮して正確にするのは、特殊相対論のエネルギーと質量・運動量の関係式をみても、ちょっと複雑そうであることが分かります。位置エネルギーもきちんと考慮したいなら、もっとややこしい一般相対論を持ち出す必要がありますが、一般相対論では大きさがゼロの物体を扱うことができず(無限大の発散が出てくるため)、エネルギー密度などを考えた、さらに複雑、煩雑なものになります(一部、未解決の問題もあったりする)。

 おそらくですが、教科書の意図としては、対消滅・対生成に運動エネルギー、位置エネルギーを付加して正確に説明しても、概念的な理解に寄与しない、やたらに複雑にするのは避けよう、ということではないかと思います。限りなく光速度に近い速度が関わる素粒子加速実験装置の開発者、使用者なら許されないことですが、基本事項を押さえるためなら、運動エネルギーを無視する、つまり光速度に対して充分遅い場合で問題ありません。

 また、位置エネルギーは常に質量エネルギーに対して極めて小さく、光速度に近い場合の運動エネルギーに対しても極めて小さく、CERNなどでの実験でも無視しています。位置エネルギーの考慮は、理論的な考察で、素粒子同士の反応を微細に検討するときくらいでしょうか(そして、しばしば無限大の発散が出てお手上げになる)。

 対生成・対消滅はエネルギー、質量の変化過程が、mc^2→hλ→mc^2として考えれば、概念的な理解に支障はありません。なお、光子となってエネルギーがhλの段階では、質量はゼロです。それが、E=mc^2という質量とエネルギーの等価性ということです。振動数の大きい光、つまりガンマ線を使って対生成を起こすことはできますし、行われてもいます。

 その教科書の記述は、厳密でなく正確ではないものの、概念的な理解の便宜のために、敢えて無視してあることもある、と受け取っておくのがいいのではないかと思います。

 特殊相対論の、エネルギーWと、質量m・運動量pの関係式は、

 E^2=(mc^2)^2+(cp)^2

というものです。これを速度が光速度cに対して極めて遅いとして近似式を求めると、

 E=mc^2+(1/2)mv^2

が出て、質量エネルギーとニュートン力学の運動エネルギーの和であることがでてきます。

 さらに電荷を持つ二つの粒子を考えると、位置エネルギーもあります。重力は電磁気力と比べて、極めて弱いので普通は無視してよいとするのが通例です。お考えの、

>2mc^2+(もともとの運動エネルギー)+(静電気力がする仕事...続きを読む

Q核融合におけるエネルギー放出について教えてください。

2個の重陽子H(質量数2、原子番号1)を融合させてHe(質量数4、原子番号2)にすると、どれだけのエネルギーが放出されるか。
ただし、
H(質量数2、原子番号1) =2.01402u
He(質量数4、原子番号2)=4.00260u

Answer・・・23.7MeV

申し訳ないのですが、この問題の途中計算を教えていただけないでしょうか。
本来なら自分の力で勉強し調べて導くべきなのですが、明日試験があ
るため時間の余裕がございません。

申し訳ありませんが、どうぞよろしくおねがいします。

Aベストアンサー

計算方法はあまり知りませんが公式ととき方だけ教えます。とりあえず公式はU=mc^2を使ってやってください。質問の内容と結束エネルギーを求める公式ですがこれであっていますか。それとmは質量でcは1.66×10^ー27だと思います。計算をしたことがないのでその後はわかりません。

Qベータ崩壊、アルファ崩壊をとても簡単に教えてください

高校生レベルの内容でのご教授を教えてください。
放射性同位体が変化するときベータやアルファ崩壊を
起こしますが
まずベータ崩壊は質量数を変えずにということなので
中性子→陽子に変化するという事で良いのでしょうか?

またその時でるベータ線(ベータ粒子)はどこから飛び出てくる
のでしょうか?

高校の教科書では、重水素も炭素14もベータ崩壊ですが
ベータ崩壊が自然界では多い?ということはありますか?

また、放射線ということで放射能は?と心配になりますが
ベータ崩壊などの放射能はそれほど気にするものではないので
しょうか?

その他、アルファ崩壊、γ崩壊などの違いなどわかりやすく
ご教授いただけたら幸いです

Aベストアンサー

大学時代にその辺りを学んだものです。

>>>
まずベータ崩壊は質量数を変えずにということなので
中性子→陽子に変化するという事で良いのでしょうか?

正解です。


>>>
またその時でるベータ線(ベータ粒子)はどこから飛び出てくる
のでしょうか?

ベータ粒子は、電子そのものです。
出どころは原子核です。


>>>
高校の教科書では、重水素も炭素14もベータ崩壊ですが
ベータ崩壊が自然界では多い?ということはありますか?

天然放射線で主要なのは、4つの崩壊系列です。
http://kyoto.cool.ne.jp/zebedee/div.html
その中の2つの図を紹介しましょう。
http://www.ne.jp/asahi/radioactivity/mineral/use/keiretu_u.htm
http://www.ne.jp/asahi/radioactivity/mineral/use/keiretu_t.htm
図中、まっすぐ下向きの矢印がアルファ崩壊、右上方向の矢印がベータ崩壊です。
これを見てわかるとおり、アルファ崩壊の数とベータ崩壊の数には、それほど違いはありません。


>>>
また、放射線ということで放射能は?と心配になりますが
ベータ崩壊などの放射能はそれほど気にするものではないので
しょうか?

アルファ線(ヘリウム原子核に同じ)は電荷があるため、物質中に入射すると物質の電子との“喧嘩”によって急速に速度を落とし、短い距離で止まります。
ベータ線(電子)は物質中に入射すると、やはり物質中の電子と喧嘩をしますが、アルファ線のように思いっきり喧嘩をするわけではないので、アルファ線よりも長い距離を通過した後に止まります。
喧嘩 = 物質に影響を与える  と考えてください。
ガンマ線(光や電磁波の粒子であるフォトンです)は荷電粒子ではないので、アルファ線、ベータ線よりもはるかに長い距離を通過します。

つまり、たとえば人体に当たると、ベータ線はアルファ線よりも広い領域に影響を与えます。
一方、アルファ線は、狭い範囲を“集中攻撃”します。
アルファ線を出す物質が口から入って体のどこかに“常駐”すると、アルファ線は、その箇所を集中攻撃します。
たとえば、プルトニウムは骨にくっつきやすいので、くっつくと、その場所付近を集中攻撃します。
つまり、狭い範囲を集中攻撃するか、それとも、集中ではないけれども広い範囲を攻撃するか、という違いです。

ベータ線の場合に注意しなくてはいけないのが、「制動放射」(制動輻射とも言う)です。
ベータ線が物質中で減速する際、X線を発生します。
X線の出し方って習ったことありますか?
物質に電子ビームをばちばち当てるとX線が発生します。
つまり、ベータ線が減速・静止することと引き換えにX線が出るわけです。
鉛とかでベータ線を遮蔽したことだけで喜んではいけないわけです。


>>>
その他、アルファ崩壊、γ崩壊などの違いなどわかりやすく
ご教授いただけたら幸いです

励起状態(不安定)の核が安定状態に落ちる際にガンマ線を出します。
たとえば、上記で紹介したトリウム系列の図において
228Th→224Raではα1個とγ1個が出ますが、これは、
228Th(αを出す)→ 励起状態の224Ra(γを出す) → 224Ra
です。
ほとんどの崩壊の場合、励起状態の寿命は非常に短いのですが、寿命がある程度長いものがあります。
寿命がある程度長い励起状態の核種を、mという記号をつけます。
たとえばコバルト60の場合、
http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/Rmin_GL_027.html
60mCo → 60Co の半減期は10分もあります。
このようなガンマ崩壊を特に「核異性体転移」と呼びます。

大学時代にその辺りを学んだものです。

>>>
まずベータ崩壊は質量数を変えずにということなので
中性子→陽子に変化するという事で良いのでしょうか?

正解です。


>>>
またその時でるベータ線(ベータ粒子)はどこから飛び出てくる
のでしょうか?

ベータ粒子は、電子そのものです。
出どころは原子核です。


>>>
高校の教科書では、重水素も炭素14もベータ崩壊ですが
ベータ崩壊が自然界では多い?ということはありますか?

天然放射線で主要なのは、4つの崩壊系列です。
...続きを読む

Q光電効果についてわからないことがあります

なぜ光電効果は、光を古典的な波と考えたのでは説明できず、光量子仮説が必要だったのですか?
どなたか回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 #3です、すみません、書き損ねです。

×>これなら振動数を上げても飛び出す電子の数に変化が上手く説明できます。

○>これなら振動数を上げても飛び出す電子の数に変化がないことが上手く説明できます。

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。

Aベストアンサー

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、
電子線は例えば熱電子放出で採りだした電子をちょっと電界で加速したもので、こっちは人為的な産物、
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質量と質量数の違い

タイトルのとおりです。

質量と質量数の違いを教えて下さい。

Aベストアンサー

 質量の定義はなかなか難しいので、例を挙げて説明します。
 質量数12の炭素(12C)を例に取ります。この原子の質量数は、言うまでもなく12です。その定義は、No.2さんのご回答のとおり、原子核中の陽子の数と中性子の数の合計が12ということです。
 それに対して、12C原子1個の質量を考えます。12C原子は1 molで12 g(0.012 kg)で、1 mol中の原子の数は約6.02×10^23個ですから、原子1個の質量は、
0.012 kg ÷ 6.02×10^23
≒1.99×10^(-26) kg
となります。
 すなわち、12Cについて言えば、
質量数は12
質量は
 (原子1個で)約1.99×10^(-26) kg
 (1 molすなわち原子約6.02×10^23個で)12 g(=0.012 kg)
です。こんな風に違います。

Qe^-2xの積分

e^-2xの積分はどうしたらよいのでしょうか…。e^xやe^2xsinxなどはのってるのですがこれが見つかりません。お願いします。

Aベストアンサー

いささか、思い違いのようです。

e^-2x は、 t=-2x と置いて置換してもよいけれど、牛刀の感がします。

e^-2x を微分すると、(-2)*( e^-2x )となるので、

e^-2x の積分は、(-1/2)*( e^-2x )と判明します。


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