광전효과의 발생확률
광전효과를 일으킬 확률은 광자의 에너지와 상호작용하는 물질(흡수체)의 원자번호에 따라 달라진다. 그리고 입사광자의 에너지가 물질 내 궤도전자의 결합에너지와 같거나 큰 에너지를 가져야만 광전효과가 일어나며 그보다 작은 에너지에서는 일어나지 않는다. 또한, 광자의 에너지가 너무 커서 궤도전자에 완전히 흡수되지 않을 때에도 광전효과는 일어나지 않는다.
▶광전효과의 발생 확률을 요약하면 다음과 같다.
-입사광자의 에너지가 궤도전자의 결합에너지보다 약간 클 때 잘 일어난다.
-K각 전자의 결합에너지에 비해 높은 에너지에서 발생확률은 급격히 감소한다.
-광자의 에너지가 궤도전자의 결합에너지와 같거나 약간 클 때 발생확률이 비약적으로 증가하여 흡수단을 형성한다.
-원자핵에 강하게 결합된 전자일수록 발생확률이 높다.
원자번호가 큰 원소의 궤도전자는 결합에너지가 더욱 크며, 광전효과는 물질의 원자번호가 증가하면 급격히 증가한다.
광전효과의 발생확률 ∝ (X-선 광자의 에너지)-3(원자번호)3
광전효과의 발생률은 흡수체의 원자번호가 커지면 급격히 증가하고, 입사 광자의 에너지가 증가하면 급격히 감소한다.
광전효과의 발생확률은 광자의 에너지가 전자의 결합에너지에 상응할 때 최대가 되므로, 물질을 구성하는 원자의 전자결합 에너지만큼 낮은 에너지 영역에서 지배적으로 일어나며, 물질의 원자번호가 높을수록 증가한다.
▶실제 인체에서는 구성 원자들(수소, 산소, 칼슘, 철)의 K-각 전자에너지가 낮기 때문에, X-선의 에너지가 낮을 때 광전효과가 잘 일어난다. 따라서 X선 발생장치의 관전압이 증가하면 인체 조직에서 일어나는 광전효과는 급속히 감소하고 대조도 또한 저하된다. 생체조직에서 광전효과가 주 상호작용이 되는 광자의 에너지는 30keV 이하이다.
