atom_lab_3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Физический факультет

Кафедра физики

отчет

по лабораторной работе №3

Тема: Эффект Комптона

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ
Агеев А.А.
Академическая группа	ФФ-304	Курс	3
(подпись) « » 2024г.
ПРОВЕРИЛ
Воронин Д.С.
ОЦЕНКА:
(подпись) « » 2024г.

Челябинск

2024

Цель работы: Определить экспериментальную величину комптоновского смещения ∆λ и сравнить его с теоретическим, вычисленным по формуле

Общие сведения.

ЭффектКомптона  – рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения (открыт А. Комптоном в 1923 г.). В этом процессе электромагнитное излучение ведёт себя как поток отдельных частиц – корпускул (которыми в данном случае являются кванты электромагнитного поля - фотоны), что доказывает двойственную – корпускулярно-волновую – природу электромагнитного излучения. С точки зрения классической электродинамики рассеяние излучения с изменением частоты невозможно.     Комптоновское рассеяние – это рассеяние на свободном электроне отдельного фотона с энергией Е = hν = hc/λ (h – постоянная Планка, ν – частота электромагнитной волны, λ – её длина, с – скорость света) и импульсом р = Е/с. Рассеиваясь на покоящемся электроне, фотон передаёт ему часть своей энергии и импульса и меняет направление своего движения. Электрон в результате рассеяния начинает двигаться. Фотон после рассеяния будет иметь энергию Е' = hν' (и частоту) меньшую, чем его энергия (и частота) до рассеяния. Соответственно после рассеяния длина волны фотона λ' увеличится. Из законов сохранения энергии и импульса следует, что длина волны фотона после рассеяния увеличится на величину

где θ – угол рассеяния фотона, а m_e – масса электрона h/m_ec = 0.024 Å называется комптоновской длиной волны электрона.

Изменение длины волны при комптоновском рассеянии не зависит от λ и определяется лишь углом θ рассеяния γ-кванта. Кинетическая энергия электрона определяется соотношением

Эффективное сечение рассеяния γ-кванта на электроне не зависит от характеристик вещества поглотителя. Эффективное сечение этого же процесса, рассчитанное на один атом, пропорционально атомному номеру (или числу электронов в атоме) Z.     Сечение комптоновского рассеяния убывает с ростом энергии γ-кванта: σ_k ~ 1/E_γ.

Блок-схема установки для выполнения данной работы изображена на рис. 3.5. Установка состоит из радиоактивного источника Cs¹³⁷ – 1, экранированного толстым слоем свинца, рассеивателя – 2, детектора – 3, в котором объединены сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель и эмиттерный повторитель – 5, соединенный с блоком питания – 4. Сигнал с ФЭУ поступает на электронное устройство – 6, которое состоит из амплитудного анализатора.

Рис.1 - Блок-схема установки для исследования эффекта Комптона.

1-радиоактивный источник 2-рассеиватель 3-детектор 4-блок питания 5-эмиттерный повторитель 6-амплитудный анализатор

Эмиттерный повторитель преобразует импульсы напряжения, достаточные для срабатывания амплитудного анализатора. Последний автоматически сортирует импульсы по амплитуде и определяет число импульсов, принадлежащих интервалу амплитуд [Vi ,Vi+1] (i=0,1,2,… - номер интервала, обычно называемый номером канала АИ).