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。

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。