34_Effekt Compton
Най-пълни корпускулярни свойства на светлина са показани на ефекта Compton. Американски физик А. Compton (1892-1962), проучване през 1923 разсейването на монохроматични рентгенови материали с леки атоми (парафин, бор), установи, че част от разсеяна радиация в допълнение към първоначалното излъчване с дължина на вълната λ също се наблюдава излъчване на дълги вълни λ ". Експерименти показват, че разликата на λ = λ '- λ е независим от дължината на вълната на падащото лъчение и естеството на разсейване на материал и определя само от стойността на θ ъгъл разсейване:
λ = λ '- λ = 2 λ С грях 2 (θ / 2).
където λ "дължина на разсеяна радиация, λ C - Compton дължина на вълната. (В разсейване на фотон от електрон λ С = 2,426 пМ).
Compton ефект се нарича еластично разсейване на къси вълни електромагнитно лъчение (Х-лъчи и γ-лъчи) на свободен (или свободно съчетани) електрони вещества, заедно с увеличаване на дължината на вълната. Този ефект не се побира вълновата теория, съгласно която дължината на вълната на разсейването не трябва да варира: под действието на периодична оптично поле варира в зависимост от честотата на електрон област и следователно излъчва разпръснатите вълните на същата честота.
Обяснението, дадено от Комптън ефект, базирано на квантовата идеи за природата на светлината. Ако приемем, както прави квантовата теория, че радиацията е с еритроцитите природата, т. Е. представлява поток от фотони, на Комптън д ffekt
- в резултат на еластични сблъсквания на у- или рентгенови фотони със свободни електрони вещество (за светлина слабо свързан атома електрони с атомни ядра, така че те могат да се разглеждат като свободна). По време на този електрон сблъсък фотонни трансфери част от своята енергия и импулс в съответствие със законите на опазване.
Фиг. 1. Закон за запазване на инерцията в разсейването на фотон от свободен електрон
Да разгледаме еластичен сблъсък между две частици (Фигура 1) - падащата фотон
Експресия (11) е нищо друго освен експериментално получени Compton формула. Замествайки в него ценностите на час. m 0. С дава дължината на вълната Compton
Наличието на разсеяна радиация undisplaced линия (първоначалната дължина на вълната на излъчване) може да се обясни както следва. При разглеждане на механизма на разсейване Предполага се, че един фотон се сблъсква с един свободен електрон. Все пак, ако на електрона е силно свързан с атома, както е в случая за вътрешните електроните (особено в тежки атоми), на фотонна енергия и импулс се обменя с атом като цяло. Тъй атомната маса спрямо масата на електрон е много висока, след това се прехвърля атом само незначителна част от енергията на фотон. Следователно, в този случай дължината на вълната на разсеяна радиация, по същество не се различава от дължината на вълната на падащата радиация.
От горните съображения следва също, че ефектът Compton не може да се наблюдава във видимия диапазон, тъй като енергията на фотона е сравнима с видима светлина със свързващия електронна енергия от един атом, при което външната електрона дори невъзможно да се разгледа безплатно.
Compton ефект се наблюдава не само на електроните, но и на други заредени частици, като протони, но поради големия масата на протона завръщането му е видяна само в разсейването на фотони с много високи енергии. Тъй като ефектът на Комптън и фотоелектричния ефект въз основа на квантовата представяния на електрони в резултат на взаимодействие с фотони. В първия случай, фотонът се разсейва във втория
- абсорбира. Разсейване се случва, когато един фотон взаимодействие с свободен електрон и фотоелектричния ефект - с вързани електрони. Тя може да се докаже, че
фотон сблъсък с свободен електрон не може да се случи поглъщане на фотони, тъй като това е в противоречие със закона за запазване на инерцията и енергия. Ето защо, само тяхното разсейване може да се наблюдава във взаимодействието на фотони със свободни електрони, т. Е. Комптън ефект.
Фиг. 2 показва опитните резултати за наблюдение на разсейване Compton в целта на графит с електрон слабо свързан с атомното ядро. С увеличаване на ъгъла θ е показано по-ясно на сигнала (вдясно на фигурата), свързани с Compton разсейване.
Левият пик съответства на дължината на вълната на фотона на инцидент (в този случай така наречената Ка - молибден линия). Това са фотоните, които са разпръснати без промяна
електроните на вътрешната обвивка. Първата графика Compton разсейване липсва, θ = 0 °. Вторият в θ = 60 ° показва пик, свързан с Compton разсейване и т.н., с увеличаване на разсейване ъгъл на θ = 90 ° пик се премества по протежение на хоризонталната ос пропорционално увеличаване на дължината на вълната (съгласно формула), което съответства на неговата по-добра разтворимост.
Очевидно е, че за да се наблюдава ефекта изисква две условия: 1. Дължината на вълната на разсеяна радиация трябва да бъде сравнима с Комптън