1. 3. Эффект Комптона

1. 3. 1. Описание явления.

А.Комптон исследовал рассеяние рентгеновских лучей на мишенях из различных материалов.

	С точки зрения классической электродинамики механизм рассе­яния состоит "в раскачивании" электро­нов электромагнитным полем падающей волны. Колеблющийся электрон должен в свою очередь излучать электро­магнитную волну, имеющую частоту, равную частоте колебаний электрона, а, следовательно, частоте падающей волны.
Рисунок 1.

Таким образом, свободные электроны рассеивают излучение, причем частота рассеянных волн должна равняться частоте падающих.

	С помощью рентгенов­ского спектро­метра (см. рис.1) А.Комптон произвел точные измерения длины волны рентгеновских лучей, рассеянных на мишени. Он обнаружил (см. рис.2), что излучение бывает двух сортов: у одного длина волны совпадает с длиной волны первичного излучения (пунктирная кривая), а другое обладает бóльшей длиной волны (сплошная кривая).
Рисунок 2.

Эффект Комптона: Если источник излучает свет с длиной волны , то после рассеяния он расщепляется на свет с длинами волни.

Им были установлены две особенности процесса: 1) разность длин волн рассеянного и первичного излучений не зависит от природы рассеивателя и длины волны первичного излучения; 2) при возрастании атомного номера рассеивателя интенсивность несмещенной линии возрастает, интенсивность смещенной линии падает.

1. 3. 2. Теоретическая интерпретация явления.

	Теоретическую интерпретацию этому явлению дали А. Комптон и П. Дебай. Эффект становится объяснимым, если полагать, что электромагнитное излучение представляет поток фотонов, каждый из которых обладает энергией и импульсом ().
Рисунок 3.

Расчет эффекта Комптона (приходите на лекцию или ищите в рекомендуемой литературе) дает такие результаты:

,

где – постоянная Планка.

Величина называется комптоновской длиной волны электрона, ее численное значение равно . Это длина волны фотона с энергией, равной m_o c² - энергии покоя электрона. Разность энергий первичного и рассеянного фотонов равна кинетической энергии электрона, который А.Комптон назвал "электроном отдачи"

.

На снимках в камере Вильсона по длине следов электронов измерялась их энергия. Экспериментальные значения оказались в хорошем согласии с расчетными.

Пример: В рентгеновской области (hν порядка кэВ) изменение порядка 10%, для γ - лучей (hν порядка МэВ) оно сравнимо с длиной волны. А.Комптон проводил измерения с К-линией характеристического рентгеновского излучения молибдена, имеющей λ = 0.0708 нм (hν = 17.5 кэВ). Изменение длины волны в этом случае порядка трех процентов.

1. 3. 3. Следствия эффекта Комптона. Фотон.

Корпускулярные свойства электромагнитного излучения проявлялись при взаимодействии первичных рентгеновских лучей с электронами, тогда как волновые свойства обнаруживались при детектировании рассеянных лучей – действие дифракционного спектрометра, использованного А.Комптоном, можно объяснить, только рассматривая рентгеновские лучи как волны.

Эффект А.Комптона демонстрирует, что фотон обладает импульсом.

Фотон – это физический объект, связанный с электромагнитным излучением, который взаимодействует с веществом всегда как единое целое. Он имеет энергию и импульс. Масса покоя фотона равна 0. От может существовать только в состоянии движения со скоростью с.

37. В чем заключается эффект Комптона?

38. Укажите формулу эффекта Комптона

39. Какие изменения происходят в атоме вещества, в котором наблюдается эффект Комптона?

40. От чего зависит изменение длины волны в эффекте Комптона?