Great Enciclopedia sovietică - efect Compton
efect Compton
efect Compton. 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 - 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, 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, sub acțiunea unui câmp electric periodic al unui electron (lumina) undele electromagnetice trebuie să oscileze cu o frecvență egală cu câmpul și. Prin urmare, emit unde secundare (dispersate) de aceeași frecvență. Astfel, în împrăștierea „clasice“ (teoria care a fost dat de fizicianul englez John. John. Thomson și, prin urmare, este denumit în continuare „Thomson“) lungime de undă de lumină nu se schimbă. Teoria originală K. Oe. pe baza conceptelor cuantice a fost dată de A. Compton și independent de P. Debye. Conform teoriei cuantice a luminii este un val de flux de cuante de lumină - fotoni. Fiecare foton are un anumit E g energie = hu = HCLL și puls pg = (h / l) n, unde l - lungimea undei luminii incidente (u - frecvența ei), c - viteza 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), randamentele pentru lungimea de deplasare a undei de lumină Soacra cu formula Compton: Soacra = l „- l = lo (1-cos J ). Aici, l „- lungime de undă de lumină împrăștiate, J - unghiul de împrăștiere fotonică și l0 = h / mc = 2.426 · 10-10sm = 0.024 E - așa-numita Compton lungime de undă (m - masa de electroni). Din formula Compton rezultă că schimbarea lungimii de undă Soacra nu depinde de lungimea cea mai mare a luminii incidente l. Acesta este determinat doar prin unghiul de fotoni imprastiere J și J = maximă la 180 °, adică backscattering: .. max Soacra. = 2l0. Din aceleași ecuațiile pot fi folosite pentru a obține o expresie pentru energia Ee a impactului de electroni ( „Compton“ de electroni), în funcție de unghiul j zbor. Pe grafic arată dependența energiei fotonice împrăștiate din unghiul de împrăștiere J, și asociat cu ea dependența Ee j. Figura arată că electronii de recul au întotdeauna o componentă de viteză în direcția fotonului incidente (m. E. J nu depășește 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 din atom (fotoni și radiație g-ray), 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, E g / c2), ieșirea este practic absentă; 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. Considerat o teorie e K. simplificată. Ea nu permite calcularea tuturor caracteristicilor imprastierea Compton, în special, intensitatea împrăștierii fotonilor la unghiuri diferite. Teoria completă K. Oe. Acesta oferă electrodinamicii cuantice. 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. iar această asimetrie crește 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-un material. diminua energia. Această dependență de intensitatea E g determină locul lui K. Oe. printre alte efecte ale interacțiunii radiațiilor cu substanța responsabilă pentru pierderea energiei fotonice în timpul trecerii lor prin substanță. De exemplu, în plumb (în radiația gamma articol) K. e. dă principala contribuție la pierderea de energie de fotoni la energii de 1-10 MeV (într-un element de brichetă - aluminiu - acest interval este de 0,1-30 MeV); sub acest domeniu concurează efectul fotoelectric. și mai sus - perechea (a se vedea anihilare și pereche.). Compton este utilizat pe scară largă în studiile de g-radiație a nucleelor și constituie baza principiului acțiunii unor spectrometre de raze gamma. 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 relativistic (adică se deplasează la viteze apropiate de viteza luminii), cazul lungimii de undă de imprastiere elastică va fi redusă, adică energia (și impulsul) fotonilor va crește datorită energiei (și impulsul) de electroni. Acest fenomen se numește inversă K. Oe. Reverse K. Oe. este folosit adesea pentru a explica mecanismul de radiație a surselor de raze X cosmice, formarea phono componentelor cu raze X
radiație galactic Vågå, transformarea undelor plasmatice în undei electromagnetice de frecvență înaltă. Lit. Născut, M. Fizică Atomică, Acad. din limba engleză. 3rd ed. M. 1970; W. Heitler teoria cuantică a radiațiilor, trans. din limba engleză. M. 1956. V. P. Pavlov.
A. deschis Compton (1922) împrăștierea elastică a radiației electromagnetice de lungimi de undă mici (cu raze X și gamma-radiație), liber de electroni, însoțită de o creștere a lungimii de undă l. efectul Compton este contrar teoriei clasice, potrivit căreia într-o astfel de risipire de l nu trebuie schimbat. efect Compton a confirmat reprezentări cuantice corecte ale radiațiilor electromagnetice ca un flux de fotoni și poate fi privit ca o ciocnire elastică între două „particule“ - foton si un electron care fotonii transferă partea electronică a energiei (și impuls), prin care frecvența scade, și l crește .
Marele dicționar enciclopedic