Главная > Физика > Курс общей физики, Т.3
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 11. Эффект Комптона

Особенно отчетливо проявляются корпускулярные свойства света в явлении, которое получило название эффекта Комптона. В 1923 г. А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянных лучах наряду с излучением первоначальной длины волны , содержатся также лучи большей длины волны . Разность оказалась зависящей только от угла , образуемого направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка. От длины волны , и от природы рассеивающего вещества , не зависит.

Схема опыта Комптона показана на рис. 11.1. Выделяемый диафрагмами Д узкий пучок монохроматического (характеристического) рентгеновского излучения направлялся на рассеивающее вещество .

Спектральный состав рассеянного излучения исследовался с помощью рентгеновского спектрографа, состоящего из кристалла и ионизационной камеры ИК.

На рис. 11.2 приведены результаты исследования рассеяния монохроматических рентгеновских лучей (линия ) молибдена) на графите. Кривая а характеризует первичное излучение. Остальные кривые относятся к разным углам рассеяния , значения которых указаны на рисунке. По оси ординат отложена интенсивность излучения, по оси абсцисс — длина волны.

Рис. 11.3 характеризует зависимость соотношения интенсивностей смещенной М и несмещенной Р компонент от атомного номера рассеивающего вещества. Верхняя кривая в левом столбце характеризует первичное излучение (линия серебра).

При рассеянии веществами с малым атомным номером (Li, Be, В) практически все рассеянное излучение имеет смещенную длину волны. По мере увеличения атомного номера все большая часть излучения рассеивается без изменения длины волны.

Рис. 11.1.

Все особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически свободными электронами. Свободными можно считать слабее всего связанные с атомами электроны, энергия связи которых значительно меньше той энергии, которую фотон может передать электрону при соударении.

Пусть на первоначально покоящийся свободный электрон падает фотон с энергией и импульсом (рис. 11.4). Энергия электрона до столкновения равна ( — масса покоя электрона), импульс равен нулю. После столкновения электрон будет обладать импульсом и энергией, равной с (см. формулу (68.8) 1-го тома). Энергия и импульс фотона также изменятся и станут равными и . Из законов сохранения энергии и импульса вытекают два равенства:

Рис. 11.2.

Рис. 11.3.

Разделим первое равенство на с и напишем его в виде

. Возведение в квадрат дает:

Из (11.2) следует, что

(11.4)

( - угол между векторами ; см. рис. 11.4).

Из сравнения выражений (11.3) и (11.4) получаем

Умножим это равенство на и разделим на

Наконец, учтя, что придем к формуле

где

Определяемая выражением (11.6) величина называется комптоновской длиной волны той частицы, масса которой имеется в виду. В рассматриваемом нами случае — комптоновская длина волны электрона. Подстановка в (11.6) значений и с дает для электрона значение

(11.7)

Результаты измерений Комптона и последующих измерений находятся в полном согласии с формулой (11.5), если подставить в нее значение (11.7) для .

Рис. 11.4.

При рассеянии фотонов на электронах, связь которых с атомом велика, обмен энергией и импульсом происходит с атомом как целым. Поскольку масса атома намного превосходит массу электрона, комптоновское смещение в этом случае ничтожно и практически совпадает с . По мере роста атомного номера увеличивается относительное число электронов с сильной связью, чем и обусловливается ослабление смещенной линии (см. рис. 11.3).

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление