電子対生成
光子(γ線)が原子核に衝突したり原子核付近のクーロン場に入射したときγ線がエネルギーを失い、電子（β-）と陽電子（β+）が生成される現象です。
電子対は、光子が1.02MeV（電子・陽電子の静止エネルギーの和）以上のエネルギーがないと生成されません。
また、1.02MeV以上の余分なエネルギーは運動エネルギーになります。
（電子と陽子の運動エネルギーの和）＝（入射する光子のエネルギー）-（電子と陽子の静止エネルギーの和（1.02MeV）)
電子対消滅
陽電子が周囲の電子と衝突し消滅する現象です。このとき2個以上の光子（γ線）が発生します。
2本の消滅γ線が発生する場合（二光子崩壊）、γ線は正反対方向に発生し、エネルギーはそれぞれ0.511MeV（電子と陽子の静止エネルギーの和（1.02MeV）の半分）となります。
実際には、消滅相手である電子の運動量が大きいほど、放射されるγ線のスペクトルは0.511MeVからずれていきます（ドップラー効果）。物質が観測者に近づいている場合には光子の周波数が高くなり、遠ざかっている場合には低くなります。
ポジトロニウム
電子対消滅の過程の一つに、陽電子と電子からポジトロニウムが生まれ、これが2本や3本の光子（γ線）を放出して崩壊するものがあります。
ポジトロニウムは、電子と陽電子がクーロン力で束縛された状態の原子です。
基本構造は水素原子と同じですが、結合エネルギーは水素原子のおよそ半分（6.8eV）です。これは、陽電子は質量が電子とほぼ等しく、水素原子の陽子と比べると引力が弱くなるためです。
電子対生成の条件
真空中にどれだけ高いエネルギーの光子を入射しても電子対生成は起こりません。
電子対生成を起こすためには運動量保存則と相対論的なエネルギー保存則を満たすための、標的となる粒子が必要です。
静止している質量Mの粒子にエネルギーEの光子をぶつけ、衝突後には質量mの粒子と反粒子（質量は同じ）が新しく生まれたことを考えます。
この場合、運動量保存則と相対論的なエネルギー保存則を満たす条件に当てはまる最低エネルギーEは
$$ E =2mc^2 \left( 1+\frac{m}{M} \right) $$
となります。
標的の粒子が原子核の場合、電子の質量mに比べて原子核の質量Mははるかに大きいのでm/Mが0に近づき
$$ E ≒ 2mc^2 $$
となります。
このことから、原子核に対して2mc2（電子2個分の質量）に相当するエネルギー以上の光子線を当てれば対生成が起こることが分かります。ちなみに、余ったエネルギーは粒子の運動エネルギーに転化されます。
一方、標的の粒子が電子の場合、M=mなので
$$ E ＝ 4mc^2 $$
となります。
このことから、電子に対して4mc2（電子4個分の質量）に相当するエネルギー以上の光子線を当てれば対生成が起こることが分かります。このとき軌道電子を反跳させると三電子生成となります。
コメント