Тема 3. Ефект Компотна

1. Ефект Компотна

2. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла.

1⁰ Розсіювання короткохвильового електромагнітного випромінюваня (рентгенівського та гамма) на вільних або слабо зв’язаних електронах речовини, при якому змінюється енергія (і довжина хвилі) фотонів називається комптон – ефектом.

Довжина хвилі випромінювання після розсіювання під кутом до напряму розповсюдження первинного монохроматичного випромінювання з довжиною хвилі , більше на величину

. (3.1)

Стала = 2,43 ·10 м називається комптонівською довжиною хвилі електрона.Вона показує величину зміну довжини хвилі при розсіянні під прямим кутом.

2⁰. Схема досліду Комптона показана на рис.3.1. Вузький пучок рентгенівських променів 1, що виділяється діафрагмами D₁, D₂, розсівається речовиною 2 з легкими атомами (водень, бор, алюміній, вуглець, парафін і т. д.). Розсіяне випромінювання реєструється за допомогою рентгенівського спектрографа 3 на фотоплівку 4 або за допомогою іонізаційної камери. Первинний пучок вибирається так, щоб в нім містилося монохроматичне випромінювання з довжиною хвилі . Тоді в розсіяному випромінюванні разом з виявляється і більш велика довжина хвилі

Спостережувана зміна довжини хвилі не залежить від довжини хвилі розсіюваних рентгенівських променів і від матеріалу мішені, але залежить від напряму розсіяння.

3⁰. Обмін енергією та імпульсом між фотоном і електроном (рис. 3.2) відбувається в повній відповідності з законами збереження енергії та імпульсу і є доказом квантової природи електромагнітних хвиль.

Якщо до зіткнення електрон перебував у спокої, то із закону збереження енергії випливає, що

, (3.2)

де , – частоти падаючого і розсіяного випромінювання, m – маса електрона до зіткнення, – енергія електрона до зіткнення, p – імпульс електрона віддачі, – повна енергія електрона віддачі.

Це рівняння можна переписати у такому вигляді:

(3.3)

Із закону збереження імпульсу випливає

тобто (див. рис. 3.2),

(3.4)

Із р івнянь (3.3) і (3.4) маємо:

а із цього виразу знайдемо

, (3.5)

тобто (див.3.1) – комптонівська довжина хвилі електрона.

4⁰. Кінетична енергія електрона віддачі

тобто

, (3.6)

де , – енергія падаючого фотона.

Коли енергія максимальна:

5⁰. Необхідно відзначити, що вказані закони справедливі для не дуже жорсткого рентгенівського випромінювання і для речовин з малою атомною вагою, що мають в своїм складі електрони, відносно слабо пов'язані з ядром атома.