Compton hatás - stadopedia
A legteljesebb korpuszkuláris tulajdonságait a fény mutatja a Compton-hatást. Amerikai fizikus A. Compton (1892-1962), vizsgáló 1923-ban a szórási monokromatikus röntgensugár anyagok könnyű atomok (paraffin, bór), úgy találta, hogy egy része a szórt sugárzás mellett a kezdeti sugárzás hullámhossza is megfigyelhető sugárzás hosszabb hullámhosszú. A kísérletek azt mutatták, hogy a különbség a Dl = l'- L nem függ a hullámhossza l a beeső sugárzás és a természet a szóró anyag, és esetben csak az érték a szórási szög q:
ahol l 'a szétszórt sugárzás hullámhossza, lC a Compton hullámhossza (amikor a fotont egy elektront lC = 2,426 μm szétszórja).
Compton hatást nevezzük rugalmas szórására, rövidhullámú elektromágneses sugárzás (X-ray és g-sugárzás) a szabad (vagy lazán összekapcsolt) elektronok anyagok kíséretében növekedése hullámhosszon. Ez a hatás nem illeszkedik a hullám elmélet, amely szerint a hullámhossz a szórási nem változhat: az intézkedés alapján időszakos optikai mező változik az elektron erőtér frekvenciájának, és ezért bocsát ki a szétszórt hullámok ugyanazt a frekvenciát.
A magyarázat által adott Compton effektus alapján quantum ötletek a fény természetéről. Ha azt feltételezzük, mivel ez teszi a kvantumelmélet, hogy a sugárzás korpuszkuláris jellegű, azaz, egy patak fotonok a Compton effektus - .. Az eredmény rugalmas ütközések röntgen fotonok szabad elektronok anyagot (könnyű atomok elektronokat gyengén kötött atommagok, így a lehet tekinteni ingyenes). Ez alatt az elektron ütközés foton transzferek részét az energia és lendület összhangban törvényei megőrzése.
Tekintsük két részecske rugalmas ütközését (44. Ábra) - egy incidens foton, amelynek lendülete pg = h # 957; / s és energia # 949; g = h # 957; egy pihentető szabad elektronral (pihenőenergia W0 = m0s 2, m0 az elektron többi tömege). A foton, miután ütközött az elektronnal, átadja neki energiáját és lendületét, és megváltoztatja a mozgás irányát (eloszlik). A fotonenergia csökkenése a szétszórt sugárzás hullámhosszának növekedését jelenti. Legyen a szétszórt foton lendülete és energiája p'g = h # 957; / s és # 949; 'g = h # 957;'. Egy korábban pihentetett elektron lendületet kap p = m # 965; , az energia W = mc 2 és beindul - visszahúzódik. Minden ilyen ütközés esetén teljesülnek az energiatakarékossági törvények és a lendület.
Az energia megőrzésének törvénye szerint,
de a lendület megőrzésének törvénye szerint,
A (206.2) -ben a mennyiségek értékeit és a (206.3) bevezetését a 2. ábrával összhangban helyettesítjük. 38, kapunk
A recoil-elektron tömege a sebességéhez kapcsolódik # 965; kapcsolatban (lásd 39.1). A (206.4) négyzetbe emelése, majd levonása (206.5) és figyelembe véve a (39.1) értéket,
Az Expression (206.6) nem más, mint a Compton által kísérletesen kapott formula (206.1). A h értékének helyettesítése. m0 és c esetén az elektron Compton hullámhossza lC = h / (m0s) = 2,426 pm.
A "nem váltott" vonal (az eredeti hullámhossz sugárzása) szórt sugárzásának jelenléte az alábbiak szerint magyarázható. A szóródási mechanizmus figyelembe vételével azt feltételezték, hogy a foton csak egy szabad elektronral ütközik. Ha azonban egy elektron erősen kötődik az atomhoz, mint például a belső elektronok (különösen a nehéz atomok esetében), akkor a foton energiát és lendületet cserél az atom egészével. Mivel egy atom tömege nagyon nagy az elektron tömegéhez képest, csak a fotonenergiának csak elhanyagolható része kerül át az atomra. Ezért ebben az esetben a szétszórt sugárzás l 'hullámhossza gyakorlatilag nem tér el az incidens sugárzás λ hullámhosszától.
A fenti megfontolások, az is következik, hogy a Compton-hatás nem figyelhető meg a látható tartományban, mivel a foton energiája hasonló a látható fényt az elektron kötési energiája egy atom, ahol a külső elektron is lehetetlen az ingyenes.
A Compton-hatás nemcsak az elektronokon, hanem más töltött részecskéken, például a protonokon is megfigyelhető, de a proton nagy tömege miatt a visszacsapódás csak akkor látható "csak akkor, ha nagyon nagy energiájú fotonok vannak szétszórva.
Mind a Compton-effektus, mind a kvantum-reprezentációk alapján a fotoelektromos hatás a fotonok elektronokkal való kölcsönhatása. Az első esetben a foton szétszóródik, a második esetben felszívódik. A szétszóródás akkor következik be, amikor a foton kölcsönhatásba lép egy szabad elektronnal és a fotoelektromos hatással kötött elektronokkal. Kimutatható, hogy amikor egy foton ütközik egy szabad elektronnal, a foton felszívódása nem fordulhat elő, mivel ez ellentétes a lendület és az energia megőrzésének törvényével. Ezért, ha a fotonokat szabad elektronokkal kölcsönhatjuk, akkor csak a szétszóródás figyelhető meg, vagyis a Compton-hatás.
Az elektromágneses sugárzás (foton energia és lendülete) hullámtulajdonságainak (frekvencia és hullámhossz) korpuszkuláris tulajdonságait összekötő alapvető egyenletek:
TÉMA 3.5. ATOMIC NUKLEI ÉS NUKLEÁRIS FORK