Эффект Комптона. Теория эффекта Комптона. Электроны отдачи

Изменение длинны волны рентгеновского излучения, при его рассеянии веществом содержат лёгкие атомы. В 1923г. Комптон использовал рассеяние монохроматического излучения веществами с лёгкими атомами (графит, парафин) и обнаружил, что с рассеянием наблюдается так же излучение большей длинны волны – λ (λ’>λ). ∆λ= λ’-λ – Комптоновское смещение.(РИС)

Опыты показали, что:

1) ∆λ не зависит от длинны волны падающего излучения и от природы рассеивающего вещества, а определяются углом рассеяния θ.

2) С увеличением угла θ интенсивность смещения компоненты растёт, а несмещённой падает.

3) 3)Чем тяжелее атом рассеивает вещества, тем всё большая часть излучения рассеивается, без изменения длинны волны. Вывод: Эффект Комптона не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой, длинна волны при рассеянии изменяться не должна. И действительно, что ∆λ не зависит от природы рассеивающего вещества, следовательно, что рассеяние излучения происходит не на атомах, а на электронах. Под действием периодического поля световой волна, электрон колеблется с частотой этого поля, поэтому излучает рассеяние волны той же частоты. Все особенности эффекта Комптона удаётся объяснить на основе квантовой теории с этой точки зрения эффекта Комптона – есть результат упругого столкновения рентгеновских фотонов вещества (у лёгких атомов энергия связи электрона с атомом значительно меньше энергии рентгеновского фотона). Энергия связи составляет 10эВ; Энергия фотона 10кэВ. (РИС)

=ħ(k-k’)+mc;

( +

−k ’)

- формула Комптона. м

Замечание: Анализ полученных результатов даёт:

1) не зависит от λ;

2)

3) Наличие несмещённой компоненты в рассеянном излучении объясняется следующим образом: Энергия связи внутри электронов в атомах рассеивающего вещества сравнима с энергией фотонов, особенно в атомах тяжёлых элементов ⟹ такие электроны нельзя считать свободными. Обмен энергией и импульсов рентгеновских фотонов в этом случае происходит с атомом в целом, но т.к. масса атома >> , поэтому атома существенно меньше электрона ⟹∆λ атома .

4) С ростом атомного номера ат. рассеив. вещества относительное число связанных электронов с атомом растёт и ⟹ интенсивность несмещённой компоненты так же растёт, но сравнима с интенсивностью смещённой.

5) Эффект Комптона наблюдается в видимой области спектра ∼ и поэтому внешние электроны нельзя считать свободными.

Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряжённых частицах, например протон.Если начинает процесс образования электрон- позитронных пар.А если этот процесс образования этих пар начинает преобладать над эффектом Комптона.В отличие от рассеяния фотонов осуществившегося как на свободных так и на связанных электронах поглощённые фотонов только связывают электроны. Поглощение фотона свободным электроном не возможно т.к. это противоречит ЗСЭ и ЗСИ.