γ線と物質の相互作用III：電子対生成

🧠 電子対生成pair production 電子対生成（pair production）pair production（電子対生成） では、1.022 MeV以上のγ光子が原子核近傍で電子と陽電子 positron 陽電子（positron） positron（陽電子） の質量へ変換され、余剰エネルギーが運動エネルギー kinetic energy 運動エネルギー（kinetic energy） kinetic energy（運動エネルギー） になる。¹²

しきい値の由来

電子と陽電子 positron 陽電子（positron） positron（陽電子） の静止エネルギーが各511 keVなので、

が必要である。原子核は運動量 momentum 運動量（momentum） momentum（運動量） 保存を担う。しきい値を超えた分は電子・陽電子positron 陽電子（positron）positron（陽電子） と核反跳 recoil 反跳（recoil） recoil（反跳） の運動エネルギー kinetic energy 運動エネルギー（kinetic energy） kinetic energy（運動エネルギー） へ分配される。

生成後のエネルギー沈着

電子と陽電子 positron 陽電子（positron） positron（陽電子） は電離・励起で減速 deceleration 減速（deceleration） deceleration（減速） する。陽電子positron 陽電子（positron）positron（陽電子） は最終的に電子と対消滅 annihilation対消滅（annihilation） annihilation（対消滅）し、通常511 keV光子2個を生む。したがって最初のγ光子エネルギーは、荷電charged 荷電（charged）charged（荷電） 粒子の飛跡 track (particle track) 飛跡（track (particle track)） track (particle track)（飛跡） と二次光子へ形を変える。

起こりやすい条件

しきい値以下では起こらず、高エネルギー・高$Z$物質で重要性が増す。診断X線域では無視 neglect 無視（neglect） neglect（無視） できるが、高エネルギー放射線治療や宇宙線では光電効果photoelectric effect光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果）・コンプトン散乱Compton scatteringコンプトン散乱（Compton scattering）Compton scattering（コンプトン散乱）と競合する。

まとめ

• 電子対生成pair production 電子対生成（pair production）pair production（電子対生成） には最低1.022 MeVの光子エネルギーが必要である。
• 光子は電子・陽電子positron 陽電子（positron）positron（陽電子） 対へ変換され、余剰は運動エネルギー kinetic energy 運動エネルギー（kinetic energy） kinetic energy（運動エネルギー） となる。
• 陽電子positron 陽電子（positron）positron（陽電子） の対消滅 annihilation 対消滅（annihilation） annihilation（対消滅） まで含め、二段階のエネルギー沈着を生じる。