어떤 물질이 광선을 쪼였을 때 그 물질로부터 전자가 방출되는 다양한 현상.
광전자방출현상은 X선과 감마선 같은 높은 에너지영역에서 잘 알려져 있는데, 이런 투과력이 강한 복사는 내부 원자껍질에서 광전자를 방출시킬 수 있기 때문이다.
광전과정으로 전자가 떨어져나가 원자의 내부 껍질에 빈자리가 생기면 이 빈자리는 그보다 약하게 속박된 상태에 있는 전자로 채워지고, 이 과정에서 남은 에너지는 다시 또다른 그보다 약하게 속박된 상태에 있는 오제 전자(Auger electron)라고 하는 2차 전자를 동시에 방출시킨다. 이런 현상을 오제 효과라고 하는데, 높은 에너지에서 주로 관찰된다. 여러 종류의 오제 변환이 일어나면 주어진 내부에 빈자리가 생긴다.
오제 전자(Auger electron)
이러한 특성 때문에 고분해능 분광학의 발달과 낮은 에너지의 전자에 대한 연구가 함께 진척되면서, 오제 효과는 포획 또는 내부변환과 같은 여러 핵과정의 연구에 중요한 역할을 하게 되었다. 또 오제 전자가 가진 에너지와 세기를 알면 원자와 분자에서 전이확률에 관한 정보를 알 수 있으며, 역으로 에너지 값을 정확히 알고 있는 오제 분광선은 전환전자의 에너지 측정에 사용될 수 있다(→ 감마선).
그외 중요한 광전자방출과정으로 콤프턴 효과가 있는데, 이것은 광자와 전자가 충돌한 후 이들이 진행하는 방향과 관련이 있다. 고에너지를 가진 광자가 초기에 정지해 있는 전자와 충돌하면 광자는 약간의 에너지와 운동량을 전자에게 주어 광자와 전자는 각기 다른 경로로 튀어나간다. 에너지와 운동량보존법칙에 따르면 전자의 운동에너지는 입사광자의 에너지에 의존하는 반면, 입사광자의 파장에 있어 콤프턴 편이(Compton shift)는 광자의 에너지와 관계가 없다.
충돌 전후에 파장의 증가를 나타내는 입사광자와 산란된 광자 사이의 파장에 대한 콤프턴 편이는 다음 두 항의 곱으로 나타낸다. 즉 첫째 항은 플랑크 상수와 전자의 정지질량(상대론에 따르면, 물체는 관측자에 대해 상대적으로 정지해 있을 때 최소 질량을 갖는다)에 광속을 곱한 값의 비율이며, 둘째 항은 산란된 광자와 입사광자의 경로가 이루는 각의 코사인값과 1과의 차(差)이다. 이를 식으로 표현하면 Δλ=(h/moc) (1－cosθ)인데 여기서 Δλ는 파장의 편이이고 h는 플랑크 상수, mo는 전자의 정지질량, c는 광속, θ는 광자의 산란각을 나타낸다.
광자의 산란각이 90°일 때의 (h/moc)항을 모든 전자에 대해 콤프턴 파장이라 하며, 이것은 2.4262×10-10㎝ 값을 갖는, 길이의 기본적인 원자단위이다. 원자, 전자 그리고 핵들은 여러 가능한 방법으로 전자기복사와 상호작용한다. 낮은 에너지에서는 광전효과가, 아주 높은 에너지에서는 쌍생성이 우세한 반면, 복사가 거의 콤프턴 산란에만 의존하는 넓은 에너지 영역이 존재한다.