當光子能量低於1.02 MeV 時，下列何種光子與物質之反應最不可能發生？
詳細解析
本題觀念
光子和物質作用的判斷，首先要看該反應是否有基本能量門檻。成對產生（pair production）是高能光子在原子核附近轉換成一個電子與一個正電子的過程，必須先提供兩個粒子的靜止能量。電子與正電子各有 0.511 MeV 的靜止能量，因此在核場中發生成對產生的最低光子能量為 2×0.511=1.022 MeV；題目說能量低於 1.02 MeV，低於這個近似門檻，故最不可能發生、實際上不能發生的是成對產生。
選項分析
**A．光電效應：錯誤。**光電效應是入射光子將全部能量交給束縛電子，電子吸收光子後離開原子，剩餘能量以光電子動能及相關束縛能形式分配。它沒有電子—正電子的靜止能量的 1.022 MeV 門檻，因此在較低能量的 X 光或伽瑪光子範圍仍可能發生。發生機率會受光子能量、材料原子序與電子束縛狀態影響，但不能因能量低於 1.02 MeV 就判定光電效應不可能。
**B．瑞立散射：錯誤。**瑞立散射（Rayleigh scattering）是光子和整個原子或原子電子雲的相干、近似彈性散射，光子方向改變但能量變化很小。這個過程不需要創造一個電子和一個正電子，也沒有 1.022 MeV 的生成能量門檻，所以低能光子仍可發生瑞立散射。實際相對重要性會隨能量和材料改變，不能把「機率較低」與「能量守恆上不可能」混為一談。
**C．康普吞散射：錯誤。**康普吞散射（Compton scattering）是光子與近似自由電子的非彈性散射，光子只轉移部分能量給反沖電子，自己仍以較低能量和不同方向離開。反應不需創造正電子，因此不存在 1.022 MeV 的成對產生門檻。對診斷能量範圍的光子而言，康普吞散射是重要的交互作用之一，雖然其相對機率仍會受到能量、電子密度與材料組成影響。
**D．成對產生：正確。**成對產生至少要支付電子和正電子的靜止能量 1.022 MeV，還要依動量守恆由原子核承擔反沖；因此核場成對產生的門檻是 1.022 MeV。題目使用 1.02 MeV 是四捨五入表示，當光子能量低於此值時，沒有足夠能量同時生成兩個粒子的靜止能量，反應無法發生。若是電子場中的三重產生，還要考慮原子電子的反沖與額外靜止能量，門檻更高，約為 2.044 MeV；這不改變本題答案。
答案解析
本題依公告答案選 D。判斷的核心是區分「有能量門檻的反應」與「沒有該粒子生成門檻、但機率會隨條件變化的反應」。光電效應、瑞立散射與康普吞散射都不需要把光子能量轉成電子—正電子對，因此在低於 1.022 MeV 時仍可發生；成對產生則必須先滿足 2mₑc² 的最低能量。
「最不可能」在此不是要求比較四個截面的大小，而是辨認低於門檻後由能量守恆直接排除的機制。1.02 MeV 與精確值 1.022 MeV 的差異是題目四捨五入造成，答題時應以物理門檻理解。這個門檻也說明了為何成對產生通常在較高能量光子與高原子序材料中才具有較明顯的角色，而診斷用較低能量 X 光主要考慮光電效應、康普吞散射與相干散射等作用。
核心知識點
- 核場成對產生的最低能量為 2mₑc²=1.022 MeV；1.02 MeV 是近似寫法。
- 低於門檻時，成對產生不是單純機率變小，而是因能量守恆無法發生。
- 光電效應、瑞立散射與康普吞散射沒有 1.022 MeV 的電子—正電子的生成門檻，但相對重要性會受能量與材料影響。
- 成對產生需有原子核協助滿足動量守恆；電子場三重產生的門檻更高。
- 看到光子交互作用題，先查能量門檻，再比較各作用的物理機制與適用能區。