電子、光子vs電子の衝突断面積

質問

加速電子→軌道電子　の衝突断面積と、
　光子　→軌道電子　の衝突断面積、
同じ軌道電子を励起する場合、一般にどちらが大きいのでしょうか？教えて下さい。

回答No.2

mmky · ベストアンサー

Yo-Na-Cさんの質問は難しすぎる質問なんだけど、アドバイスします。
つまり、光子と高速電子の違いに帰着する問題ですね。
考え方：
まず光子ですが、運動量P=h/λp　ですから、波長λpほどの空間にエネルギー
素片（ｈ）があって原子核軌道電子にエネルギーを与えるのです.
原子核軌道電子も記述上は、Kｈ/λ　ですね。
このときの　λ=2πｒ×（1/α＾2）=2π（ｒ/α＾2）=2πＲa
｛ｈはプランク定数、ｒは静止電子の電子半径、αは微細構造定数、Raはボーア半径（原子核の半径）K：定数｝
原子核電子は、光子と同じエネルギー分布状態にあります。だから光子のほうが励起確率は高いといえます。

高速電子は、静止状態で球形空間（半径2πｒの球）にエネルギー素片（ｈ）が分布しており、加速によりこのエネルギー分布が変化していきます。
（塊のコイルばねを伸ばしていく感じですね。）
高速電子も光の速度近くになれば光子と同じエネルギー分布（ドブロイ波）
になりますが、それ以下では、エネルギー占有状態が波長ほどの空間では
ないので励起確率は小さくなり、反射などがおこり格子雑音に変換されますね。

ということで、：mmky：のアドバイスは、ずばり、
「光子のほうが、同じ軌道電子を励起する確率は高い。」です。

参考になるかな？

お礼

mmkyさん、アドバイスありがとうございます。光子と高速電子とでは(高速電子の速度にも依存しますが)エネルギーの空間的な密度が異なる、ということなのですね。
大変参考になりました。ありがとうございました。

回答No.1

creol

勉強中なんで、ズバッと答えがわからないんですが、
衝突断面積（collision cross section）は、電子ー電子、
電子ーイオン、イオンーイオンだけのような気がします。
光子→軌道電子で、軌道電子を励起する場合、
逆制動放射の式であらわせるのではないでしょうか。

つまり、最終的に考えているのが、電子、光子が軌道電子を励起する場合、
どっちの方が励起できるか、どちらの方がエネルギーを与えるかという質問と
と同じかと。

どの原子番号と場の温度などによって変わると思います。

ん～、誰か詳しい人、お願いします。
全然ダメですね、すみません。

補足

creolさん、さっそくのご回答ありがとうございます。
用語の使い方が正しくなかったかも知れません。私が知りたいのは、ある原子の同じ電子軌道の電子を励起するのに、励起源として光子を用いるのと、高速電子を用いるのとで、一般にどちらが遷移確率が高いのでしょうか？　ということです。
(1 photonあたり、1 electronあたりに換算して)
引き続きご回答・アドバイスよろしくお願いいたします。