efect Compton - l

efect Compton, împrăștierea elastică a radiației electromagnetice de electroni liberi, însoțite de o creștere a lungimii de undă; observate în împrăștierea radiației de lungimi de undă scurte - (. radiatii Gamma) cu raze X și radiații gamma. În K. Oe. pentru prima dată în întregime a apărut proprietăți corpusculare ale radiațiilor.

K. Oe. descoperit în 1922 de către fizicianul american A. Compton ohm, care a descoperit că împrăștiate raze X din ceara au o lungime de undă mai mare decât incidentul. Teoria clasică nu a putut explica o astfel de schimbare de lungime de undă. Într-adevăr, în conformitate cu electrodinamică clasice (A se vedea. Electrodinamică), sub acțiunea unui câmp electric periodic al unui electromagnetic de electroni (lumina) unde trebuie să oscileze cu o frecvență egală cu câmp și, prin urmare, emit unde secundare (dispersate) de aceeași frecvență. Astfel, în „clasic“ împrăștiere (din care teoria a fost dat de fizicianul englez John. John. Thomson-lea și, prin urmare, este denumit în continuare „Thomson“) lungime de undă de lumină nu se schimbă.

Teoria originală K. Oe. pe baza conceptului cuantic a fost dat de A. Compton și independent de P. Debye (A se vedea. Debye). Conform teoriei cuantice a luminii este un val de flux de cuante de lumină - fotoni. Fiecare foton are o anumita energie Eγ = hυ = hcl λ și puls pγ = (h / λ) n, unde λ - lungime de undă a luminii incidente (υ - frecvența ei), c - vitezei luminii, h - constanta lui Planck, și n - unitate vector în direcția de propagare a undei (subscript medie de fotoni). K. Oe. în teoria cuantică apare ca o ciocnire elastică a două particule - fotonul incident, și un electron în repaus. În fiecare caz de coliziune a respectat legile de conservare a energiei și a impulsului. Photon ciocnit cu un electron trece partea de energie și impulsul ei schimbă direcția de mișcare (difuză); scad în energia fotonica, și înseamnă o creștere a lungimii de undă a luminii imprastiate. Electron anterior Quiescent, primește de la energia fotonica și impuls și începe să se miște - teste out. Direcția de mișcare a particulelor după coliziune, precum și energia lor determinată de legile conservării energiei și a impulsului (Fig. 1).

Soluție simultană a ecuațiilor care exprimă egalitatea energiei totale și impulsul total al particulelor înainte și după ciocnire (presupunând că restul de electroni înainte de coliziune) dă pentru lungimea de undă de forfecare de lumină formula Δλ Compton:

Acolo unde λ „- lungimea lungimii de undă de lumină difuză, θ - unghiul de împrăștiere fotonică și λ0 = h / mc = 2,426 ∙ 10 -10 cm = 0.024 E - așa-numita lungime de unda Compton (m - masa de electroni). Din formula Compton rezultă că lungimea de undă trecerea Δλ este independentă de cea mai mare lungime de undă λ luminii incidente. Acesta este determinat numai prin foton scattering unghiul θ și maximul la θ = 180 °, adică backscattering: ... Δλ max = 2 λ0.

Din aceleași ecuațiile pot fi folosite pentru a obține o expresie pentru Ee energie recul de electroni ( „Compton“ electron) în funcție de unghiul φ său de plecare. Pe grafic arată dependența energiei fotonice împrăștiate de imprastiere unghiul © si asociat cu dependenta Ee-l pe φ. Figura arată că electronii de recul au întotdeauna o componentă de viteză în direcția fotonului incidente (m. E. Φ este mai mică de 90 °).

Experiența a confirmat toate predicțiile teoretice. Astfel, a demonstrat experimental corectitudinea teoriei corpusculare mecanismului C. e. și, astfel, corectitudinea ipotezelor teoriei cuantice.

In experimentele reale pe fotoni împrăștiere, electronii nu sunt compus liber, și asociat în atomi. Daca fotonii au o energie mare în comparație cu energia de legătură a electronilor în atomul (fotoni de raze X și γ-radiație), astfel încât electronii experimenta un impact puternic, care sunt dislocați din atom. În acest caz, împrăștierea de fotoni apare electroni liberi. Dacă energia fotonilor este suficienta pentru a extrage un electron dintr-un atom, apoi o energie foton și impuls este schimbat cu un atom ca întreg. Deoarece greutatea atomică este foarte ridicată (în comparație cu greutatea echivalentă a fotonilor egal, conform teoriei relativității (vezi teoria relativității), Eγ / s 2), Impactul este aproape absent; astfel încât împrăștierea foton se produce fără a schimba energia, adică, fără a modifica lungimea de undă (așa cum se spune coerent). Atomii grei sunt legați slab doar electroni periferice (spre deosebire de electroni de umplere învelișul interior al atomului) și, prin urmare, în spectrul radiației împrăștiate este prezent ca un offset, linia Compton de la împrăștierea electronilor periferice și necompensat, linie coerentă de împrăștiere atom în general . Odată cu creșterea numărului atomic (adică taxa nucleară) energia de legătură a electronilor crește și intensitatea relativă a liniei Compton cade, iar legătura coerentă - crește.

Miscarea electronilor din atomii conduce la lărgirea liniilor de Compton împrăștiate radiații. Acest lucru se datorează faptului că electronii se deplasează la lungimea de undă de lumină incidente pare oarecum modificată, cantitatea de schimbare depinde de mărimea și direcția vitezei de electroni (vezi. Efectul Doppler). măsurarea atentă a distribuției intensității în interiorul liniei Compton, reflectând distribuția electronilor de împrăștiere a vitezei materialului, confirmat corectitudinea teoriei cuantice care electronii se supun Fermi - statistici Dirac (A se vedea Fermi -. Statisticile Dirac).

Considerat simplificată teoria e K.. Ea nu permite calcularea tuturor caracteristicilor imprastierea Compton, în special, intensitatea împrăștierii fotonilor la unghiuri diferite. Teoria completă K. Oe. Acesta oferă electrodinamica Quantum. Intensitatea Compton depinde de unghiul de împrăștiere și de lungimea de undă a radiației incidente. Distribuția unghiulară a fotonilor împrăștiate observat asimetrie: mai mulți fotoni împrăștiate în direcția înainte, cu această asimetrie crește odată cu energia fotonilor incidente. Intensitatea totală a împrăștierii Compton scade odată cu creșterea energiei fotonilor primar; Acest lucru înseamnă că probabilitatea Compton unui foton care trece printr-o substanță cu energia sa scade. Această dependență de intensitatea Eγ determină unde K e. printre alte efecte de interacțiune a radiațiilor cu substanța responsabilă pentru pierderea de energie de fotoni la interval printr-o substanță. De exemplu, în plumb (în radiația gamma articol) K. e. Acesta oferă principala contribuție la pierderea de energie de fotoni la energii de 1-10 MeV (mai multe elemente usoare - aluminiu - acest interval este de 0,1-30 MeV); sub acest domeniu concurează efectul fotoelectric și superior - (. vezi și anihilare pereche) pereche.

Compton este utilizat pe scară largă în miezuri de cercetare gamma-radiație, și este baza principiului acțiunii unor raze gama spectrometru s.

K. Oe. posibil nu numai de electroni, ci și pe alte particule încărcate, cum ar fi protoni, dar din cauza masei mari a protonului se întoarce vizibile sau numai in risipire de fotoni de energie foarte mare.

Dublu K. Oe. - formarea a doi fotoni împrăștiate în loc de primar atunci când este împrăștiată de un electron liber. Existența unui astfel de proces rezultă din electrodinamică cuantică; a fost observată pentru prima dată în 1952. probabilitatea sa este de aproximativ 100 de ori mai mică decât cea a convenționale K. Oe.

efect Compton Inverse. În cazul în care electronii care este împrăștiate radiații electromagnetice sunt relativiste (adică se deplasează la viteze apropiate de viteza luminii), cazul lungimii de undă de imprastiere elastică va fi redusă, adică fotonii de energie (și impulsul) va crește datorită energiei (și impulsul ) electroni. Acest fenomen se numește inversă K. Oe. Reverse K. Oe. este folosit adesea pentru a explica mecanismul surselor de radiație de raze spațiu, X-ray componenta de formare a galactice radiației de fond, transformarea undelor plasmatice în undei electromagnetice de frecvență înaltă.

Lit:. M. Born și Fizică Atomică, Acad. din limba engleză. 3rd ed. M. 1970; W. Heitler teoria cuantică a radiațiilor, [trans. din limba engleză.], M. 1956.

Fig. 1. ciocnirea elastică a unui foton și un electron în efectul Compton. Înainte de coliziune restul de electroni; pν și pν „- incidente și fotoni împrăștiate - impulsul de recul (ν

- viteza), foton imprastiere, θ - unghiul de emisie a impactului de electroni pe direcția fotonului incidentului.

Fig. 2. Dependența împrăștiată E y energie fotonică“a unghiul de împrăștiere (pentru comoditate arată doar jumătatea superioară a curbei simetrice) și energia de recul a electronilor Ee a unghiului cp emisie (jumătatea inferioară a curbei). Cantitățile referitoare la un singur act de împrăștiere, etichetate cu aceleași numere. Vectori realizate dintr-un punct O în care coliziunea sa produs Eγ energia fotonică cu un electron în repaus, la punctele corespunzătoare ale acestor curbe reprezintă starea particulelor după dispersie: valori vectoriale da particule de energie, iar unghiurile formate de vectorii cu direcția fotonului incident este unghiul de împrăștiere determinată emisie de fotoni unghiul θ și cp reculului de electroni. (Figura este desenată pentru cazul imprastiere „hard“ raze x, cu o lungime de undă de hc / Eγ = λ0 = 0,024Å.

Fig. 3. Un teren din intensitatea totală a împrăștierii Compton σ energie Eγ foton (în unități de intensitate maximă de împrăștiere clasică.); Săgeata arată energia la care începe crearea de perechi electron-pozitron.

Marii Enciclopedii Sovietice. - M. sovietic Enciclopedia. 1969-1978.

Vezi ce „efectul Compton“ în alte dicționare:

efect Compton - (efect Compton), elastic scattering e. magnet. la radiatii liber (sau slab cuplate) e nach însoțită de o creștere a lungimii de undă; observate în împrăștierea radiației de lungimi de undă scurte de X și g radiație. Deschis în 1922, Amer. ... ... Encyclopedia fizică

efect Compton - deschis A. Compton (1922) împrăștierea elastică a radiației electromagnetice de lungimi de undă mici (cu raze X și radiații gamma), liber de electroni, însoțite de o creștere a lungimii de undă l. efectul Compton este contrar teoriei clasice, ... ... Collegiate dicționar

efect Compton - mecanica cuantică principiul incertitudinii Introducere. Formularea matematică. Baza ... Wikipedia

efect Compton - deschis A. Compton (1922) împrăștierea elastică a radiației electromagnetice de lungimi de undă mici (cu raze X și radiații gamma), liber de electroni, însoțite de o creștere în lungime de undă X. efectul Compton este contrar teoriei clasice, ... ... Collegiate dicționar

efect Compton - (A. H. Compton 1892 1962 Amer fizician.) Dispersia radiațiilor electromagnetice de electroni liberi sau slab legați; K. Oe. Aceasta determină slăbirea radiației cu raze X sau gamma pe măsură ce trece prin tesutul corpului ... Great Medical Dictionary

efect Compton - deschis A. Compton (1922) elastic scattering PLN. magnet. radiație mică lungime de undă (de raze X și radiații gamma) de electroni liberi, însoțită de o creștere a lungimii de undă L. K. Oe. contrar clasice. teorie, conform roiul cu ... ... natural. Dicționar Collegiate

REVERS efect Compton - imprastiere elastica a fotonilor în electroni de mare energie, ceea ce duce la o creștere a energiei (de frecvență) fotonii (scădere lungime de undă) ... mare dicționar enciclopedic

efect invers Compton - împrăștierea elastică a fotonilor în electroni de energie înaltă care vin să crească energie (frecvență) fotoni (scăderea lungimii de undă). * * * Efect Compton inversa Compton efect SPATE imprastierea elastica a fotonilor în electroni de mare energie ... Collegiate Dictionary

REVERS efect Compton - imprastiere elastica a fotonilor în electroni de mare energie, ceea ce duce la o creștere a energiei (de frecvență) fotonii (scăderea lungimii de undă) ... natural. Dicționar Collegiate