Комптоновское рассеяние
-
Комптоновское рассеяние
- Эффект Комптона описывает взаимодействие высокочастотных фотонов с заряженными частицами, обычно электронами.
- Фотоны высвобождают слабо связанные электроны из внешних оболочек атомов или молекул.
- Эффект был открыт в 1923 году Артуром Холли Комптоном и принес ему Нобелевскую премию в 1927 году.
-
Основные принципы
- Фотоны могут взаимодействовать с веществом на атомном уровне, на ядре или только с помощью электрона.
- Образование пар и эффект Комптона происходят на уровне электрона.
- При рассеянии фотона происходит уменьшение его энергии и увеличение длины волны.
-
Эксперимент Комптона
- В эксперименте Комптона энергия рентгеновского фотона была значительно больше энергии связи атомного электрона.
- Величина изменения длины волны называется комптоновским сдвигом.
- Эффект Комптона демонстрирует, что свет нельзя объяснить исключительно как волновой феномен.
-
Значение открытия
- Эффект Комптона опроверг классическую теорию электромагнитной волны.
- Свет можно рассматривать как поток частиц, называемых фотонами, энергия которых пропорциональна частоте световой волны.
- Экспериментальная проверка сохранения импульса подтвердила теорию Комптона.
-
Классификация процессов
- Комптоновское рассеяние происходит при энергиях фотонов, превышающих энергии фотоэлектрического эффекта, но меньших порога образования пар.
- Фотоны с высокой энергией могут бомбардировать ядро и вызывать образование пар или выбрасывать нуклон или альфа-частицу.
-
Описание явления
- Комптон вывел математическую зависимость между сдвигом длины волны и углом рассеяния.
- Сдвиг длины волны связан с комптоновской длиной волны электрона и комптоновской длиной волны всего атома.
- В современных экспериментах измеряется энергия, а не длина волны рассеянных фотонов.
-
Комптоновское рассеяние
- Комптон предположил, что взаимодействие фотонов с электронами может разгонять электроны до скоростей, близких к скорости света.
- В 1923 году Комптон сообщил о результатах экспериментов, подтверждающих его формулу рассеяния.
- Формула основана на уравнении Эйнштейна E = mc^2 и квантованных энергиях фотонов hf.
-
Вывод формулы
- Комптон постулировал, что фотоны несут импульс, и вывел формулу для импульса фотона.
- Импульс фотона равен hf/c, где hf — энергия фотона, а c — скорость света.
- Сохранение энергии приравнивает сумму энергий до и после рассеяния.
-
Применение в радиобиологии
- Комптоновское рассеяние важно для радиобиологии, так как оно используется в лучевой терапии.
- В гамма-спектроскопии комптоновское рассеяние приводит к комптоновскому краю.
-
Магнитное комптоновское рассеяние
- Магнитное комптоновское рассеяние используется для измерения спиновой плотности электронов.
- MCP отражает объемные свойства образца и является зондом основного состояния.
-
Обратное комптоновское рассеяние
- Обратное комптоновское рассеяние важно в астрофизике, например, для объяснения степенной составляющей в рентгеновских спектрах черных дыр.
- Эффект Сюняева-Зельдовича используется для обнаружения скоплений галактик.
-
Нелинейное обратное комптоновское рассеяние
- Нелинейное обратное комптоновское рассеяние (NICS) генерирует фотоны высокой энергии.
- NICS может быть использовано для запуска ядерных реакций и исследования нелинейных квантовых эффектов.