散乱（コンプトン散乱）とは？
さんらんこんぷとん
X線や光子が電子に衝突して波長が長くなりながら方向を変える量子力学的散乱現象です。
コンプトン散乱とは、X線や高エネルギーの光子（フォトン）が物質中の電子に衝突し、一部のエネルギーを電子に与えながら波長が長くなって別方向へ散乱される現象です。1923年にアーサー・コンプトンが発見し、翌年のノーベル物理学賞受賞につながりました。
古典的な波動論では、光が電子に当たって散乱されても波長は変化しないはずです。しかしコンプトンは実験で散乱後の波長が入射光より長くなること、そしてその変化量が散乱角だけで決まることを示しました。これは光が粒子（光子）として振る舞い、電子との「弾性衝突」でエネルギーと運動量を交換するからであり、光の粒子性を直接証明した重要な証拠となりました。
散乱後の波長変化量（コンプトン波長シフト）は次の式で表されます。
- Δλ = (h / m_e c)(1 − cos θ)
- h：プランク定数、m_e：電子質量、c：光速、θ：散乱角
- 最大シフトは θ＝180°（後方散乱）のとき約0.00486 nm
コンプトン散乱は放射線医学・核物理・天文学などで広く利用されます。PETスキャンのガンマ線検出やコンプトンカメラ、宇宙X線観測、放射線遮蔽設計において避けられない基本過程です。
使い方・例文
医療用CTや放射線治療では、X線が体内組織の電子にコンプトン散乱を起こすことで線量が広がります。また天文学では、高エネルギー宇宙線がガス雲の電子と散乱する「逆コンプトン散乱」が銀河団のX線放射を説明します。
この用語をシェア
最終更新: