ガンマ線って直進するのか

質問

この間他の投稿みていて疑問が生じたんですけど
反射とか屈折は光が原子に衝突するからおこるのですよね。

質問１
それでガンマ線は波長が短いから原子の間を突き抜けて直進する。
このとき屈折は発生していません。
この認識で正しいのでしょうか？

質問２
光は水の中で屈折しますが、上記の通りだとガンマ線は屈折しません。
実際に観測すると水の中で屈折しているのでしょか。

回答No.5

usokoku

＞100keVの間違いではありませんか。1
ｋが抜けていました。

回答No.4

gamma

＞100eV
100keVの間違いではありませんか。100eVは真空紫外の最短波長に近い値であり軟X線へと呼び方が変わるエネルギーですが。

＞ 他のサイト（失念）では励起状態に戻るときに光を放出することが反射または屈折と書かれていました。
「励起状態に戻るとき」普通は「戻る」とはエネルギー準位が低い「基底状態」への遷移を言うのですが、まあ単純な間違いとして・・・・。 原子からの光の放射は励起状態から基底状態を含む低準位に遷移するときに余分なエネルギーを電磁波として放出することです。原子一個でも話は成り立ちます。散乱は必ずしも遷移が関係する必要はありません。反射と屈折は多くの原子や分子の集合体にたいして定義できるものです（一個の原子に対して議論しても無意味です）。私自身で読んだ訳ではないので断定は避けますが、上記のように書かれていたとすれば誤解を生む表現かと思います。

＞可視光が水の中を進む様を引き合いに出しますが私はこの放出された光がまたすぐに原子と衝突して光を放出し、それが延々と繰り返されて水底へ到達すると認識していたのです。
「原子と衝突して光を放出し、それが延々と繰り返されて水底へ」が若干正確さを欠きますが屈折率（の実数部）の原因を表しています。
反射と吸収が無ければすべての物質は透明でありすべての電磁波は通り抜けます。吸収は物質（原子、分子やその集団）の構造と深い関係があります。例えば分子の振動や回転の振動数は遠赤外線の周波数（エネルギーに換算すると数十meV）と原子の周りにある電子の励起エネルギーの多くは紫外(エネルギーに換算すると 数eV～数十eV)にあります。周波数が一致したときには共鳴的に吸収されるので非常に吸収率が高くなりそれからずれると吸収が小さくなります。物質による電磁波の吸収はそれらの総和です。だからこそ透明な物質や不透明な物質、色がついた物質があるのです。ガンマ線のエネルギーは、原子核の周囲に電子が捕まえられているエネルギー（結合エネルギー）に比べてはるかに大きいので、原子とはほとんど相互作用できません。そのために物質をよく透過するのです。

回答No.3

usokoku

＞換算した値500keV以上を言うのですがね
多分定義が変わったのでしょう。X線(としてX線作業主任者が取り圧かえる範囲)が100eVまでで、ガンマー線(作業主任者)は100eV以上、と覚えていました。
記憶違いも結構あるので、たすかります。

回答No.2

gamma

＞ガンマ線
普通は電子の静止質量をエネルギーに換算した値500keV以上を言うのですがね。原子核からの電磁波の放射をガンマ線とする場合も有ります。

＞反射とか屈折は光が原子に衝突するからおこる
違います。衝突で起こるのは「散乱」。散乱波と入射波の干渉によって屈折が観測されます。反射の場合は入射波との干渉は必須ではありません。

＞それでガンマ線は波長が短いから原子の間を突き抜けて直進する。
このイメージは完全に間違っています。透明な物質の中を光（可視光など）が直進することから分かるでしょう。

＞このとき屈折は発生していません。
屈折は異なる屈折率の境界で起こるものです。屈折率が大きくても小さくても同じ屈折率の媒質中を進む限り屈折は起こりません。

＞光は水の中で屈折します
水の中で屈折しません（中の密度；屈折率；が一様でなければ屈折しおてカゲロウが見えますが）。水と屈折率が違う媒質との境目です。

＞ガンマ線は屈折しません。
ガンマ線になると原子との相互作用が小さく、屈折率はほとんど真空の場合と同じですから、境界面でも屈折は無視できるほど（測定が非常に難しい）です。光子のエネルギーが1keV程度になると内殻電子と相互作用するので屈折率による違いは観測できますが、特別な工夫が必要です（放射光施設を使えばはっきりと分かります）。

屈折は屈折率の違いによって光の進行方向が変わる場合をいいます。
境界面に垂直に入射すると幾何光学てきな屈折は起こりませんが、横方向に屈折率が違う部分があると光の位相速度が違うので境界で回折（かいせつ）が起こります。これを利用すると高コントラストのX線写真が撮れます。

なお、レントゲン写真のボケはほとんどの場合、水によるX線の散乱です。

補足

お返事ありがとうございます。

>反射とか屈折は光が原子に衝突するからおこる
>>違います

う～ん、これは正しいことを前提条件に考察を進めてきて
やっとのことでガンマ線までつじつまを合わせてきたので、
これが間違いといわれるとは思っていなかったので驚いています。

光の物理という本の中に物質に光があたれば反射、屈折、散乱
あるいは吸収されると書かれています。
また、他のサイト（失念）では励起状態に戻るときに光を放出することが
反射または屈折と書かれていました。
このとき光は反射角ないしは屈折角の方へ放出されるとのことでした。

可視光が水の中を進む様を引き合いに出しますが
私はこの放出された光がまたすぐに原子と衝突して光を放出し、
それが延々と繰り返されて水底へ到達すると認識していたのです。

この理論だとガンマ線が鉛で止まるのもうまく説明できるので
少々自信をもっていたのですが・・・

回答No.1

usokoku

＞ガンマ線
より、100eV以上のエネルギーを持つ電磁波。

＞の認識で正しいのでしょうか？
正しいか間違っでいるかは、記載されていない条件次第です。
γ線がかいせきをするか、しないか、と聞かれたらば「する」と答えます。
X線(100eV以下、下限忘却の電磁波)で、かいせきが困難なぶしつの同定として、γ線かいせきを使うことがありますので。

校半。
しています。100eV程度の電磁波として良く使われるのが、医療用X医療用線です。法規制の関係で100eVぎりぎりで照射していたはずです(私は物専門なので人体は不明)。人体の軟組織は多少の違いはありますが、水で近似します。肉と脂肪の間とか、皮膚と空気の間とか、結構輪郭がボケた写真が取れます。10eV程度上がってもこの傾向は変わらないでしよう。

お礼

回答ありがとうございます。
経験者の方の話は参考になります。
水の中でも屈折しているのですね。

条件次第ですか。
その条件のかいせきとは回折でしょうか？