エックス線と物質との相互作用に関する次の記述のうち、正しいものはどれか。…
エックス線の管理に関する知識 第4問
エックス線と物質との相互作用に関する次の記述のうち、正しいものはどれか。
- (1)コンプトン効果により散乱されるエックス線の中には、入射エックス線より波長の短いものがある。
- (2)コンプトン効果は、必ず特性エックス線の発生を伴う。
- (3)光電効果が生じる確率は、入射エックス線のエネルギーが増大すると、コンプトン効果に比べて急激に低下する。
- (4)光電効果により光子エネルギーが原子に吸収されて光子は消滅し、このとき入射エックス線に等しい運動エネルギーを持つ電子が放出される。
- (5)電子対生成は、入射エックス線のエネルギーが、電子1個の静止質量に相当するエネルギー以上であるときに生じる。
正答 (3)
正答は (3)。これが正しい記述です。
光電効果の起こる確率は、入射エックス線のエネルギーが高くなると急激に下がります。おおよそエネルギーの3乗に反比例します。一方コンプトン効果は、そこまで急には下がりません。だから、エネルギーが上がるほどコンプトン効果が主役になっていきます。
【三つの相互作用】
光電効果 低エネルギーで主役
確率は原子番号の4〜5乗に比例し、エネルギーの3乗に反比例
コンプトン効果 中間のエネルギーで主役
確率は原子番号(電子の数)に比例
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電子対生成 1.02MeV以上で起こる
遮蔽材に鉛を使うのは、光電効果が原子番号の4乗から5乗で効くためです。原子番号82の鉛は、26の鉄よりはるかによく吸収します。
【ほかの選択肢】
(1) コンプトン散乱線は、エネルギーの一部を電子に渡すので
入射より波長が長くなる。短いものは無い
(2) コンプトン効果は外殻電子との相互作用なので、
必ずしも特性エックス線を伴わない
(4) 放出される光電子の運動エネルギーは、
入射エックス線のエネルギー − 電子の結合エネルギー。
入射エックス線に等しくはならない
(5) 電子対生成に要るのは、電子の静止質量に相当するエネル
ギーの2倍(1.02MeV)以上。電子と陽電子の2個が生まれるため
【(5)の見抜き方】
電子1個分 0.51MeV
電子2個分 1.02MeV ← 電子対生成のしきい値
生まれるのは電子と陽電子の対です。対と書いてあるのに1個分で足りるはずがない、と考えれば気づけます。
【エネルギーによる主役の移り変わり】
低い → 光電効果
中くらい → コンプトン効果
高い → 電子対生成
境目は物質の原子番号でも動きます。原子番号が大きいほど、光電効果が主役でいられる範囲が広くなります。
出典:エックス線作業主任者 2024年上半期実施分(2024年10月掲載/公益財団法人 安全衛生技術試験協会 公表試験問題)出典元ページ
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最終更新日
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