光電効果は「全部渡す」。国試で問われる3つを、動画と過去問で押さえる

光電効果、コンプトン散乱、電子対生成。名前は覚えたのに、選択肢になると迷う。そういう人は多いです。

でも大丈夫です。光電効果は「光子が持っているエネルギーを、電子に全部渡して消える」。この1文から、国試で問われることはほぼ全部出てきます。

この記事の答えは3つです。

1. 電子に残るのは「光子のエネルギー − 結合エネルギー」
2. 起きやすいのは、内側の殻の電子・低いエネルギー・大きい原子番号
3. 電子が抜けた穴を埋めるとき、特性X線かオージェ電子が出る

1. 電子に残るのは「光子のエネルギー − 結合エネルギー」

光子は電子に全部渡して消えます。渡した分の一部は、電子を原子から剥がすのに使われます。剥がすのに要るエネルギーが結合エネルギーです。残りが、飛び出した電子（光電子）の運動エネルギーになります。

上の過去問（第75回 午後 問72）はこの引き算そのものです。75 keV の光子が、結合エネルギー 69.5 keV の K 殻電子を剥がすので、残りは 5.5 keV。

逆に言うと、光子のエネルギーが結合エネルギーより小さければ、その殻の電子は剥がせません。

2. 内側の殻・低いエネルギー・大きい原子番号で起きやすい

光電効果は、強く縛られた電子ほど起きやすい反応です。だから外側の電子より、内側の K 殻・L 殻の電子で多く起きます。

起きやすさは、エネルギーと原子番号で大きく変わります。

目安として、質量あたりの起きやすさは Z³ に比例し、エネルギーの3乗に反比例すると覚えておけば、選択肢は判断できます。

ここから臨床の話につながります。

• 鉛（Z=82）が遮へいに使われるのは、光電効果で光子を吸収しやすいから
• 低い管電圧の写真ほどコントラストがつくのは、骨（Z が大きいカルシウムを含む）と筋肉で光電効果の起き方に差が出るから
• 管電圧を上げるとコンプトン散乱が増え、散乱線で写真がぼやける

3. 穴を埋めるとき、特性X線かオージェ電子が出る

K 殻の電子が飛び出すと、K 殻に穴が空きます。外側の殻の電子がその穴に落ちてきて、エネルギーの差を外に出します。出し方は2通りです。

• 光として出す：特性X線
• 別の電子に渡して追い出す：オージェ電子

この2つは競い合う関係です。第77回 午後 問61（光電効果が生じたときに放出されるのはどれか）の答えも、この2つでした。

よくある取り違え

• 「光電効果では光子が残る」：残りません。全部渡して消えます。光子が残って曲がるのはコンプトン散乱です。
• 「エネルギーが高いほど光電効果が増える」：逆です。高くなるほど急に減ります。
• 「特性X線のエネルギーは入ってきた光子で決まる」：殻と殻のエネルギーの差で決まるので、物質（原子番号）で決まります。

今夜やること

寝る前に、何も見ずに「全部渡す」「−結合エネルギー」「内側・低い・大きいZ」「特性X線かオージェ」の4つを言ってみてください。言えたら、上の過去問をもう一度だけ解く。言えなかったら、2章の表だけ読み直す。今日はそれでおしまいです。