• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ЕФЕКТ КОМПТОНА І ЙОГО ПОЯСНЕННЯ

Дуже яскраво фотонна структура світла проявляється в так званому ефекті Комптона, який є окремим випадком взаємодії світла з речовиною. На відміну від фотоефекту, в якому енергія й імпульс фотона повністю передаються електрону, ефект Комптона є таким випадком взаємодії, в якому енергія й імпульс передаються електрону тільки частково. Тому одночасно виникає розсіяний фотон світла з меншою енергією (частотою).

Як відомо, за класичною хвильовою теорією розсіяння світла зводиться до зміни напряму світла, зменшення амплітуди хвилі, але частота розсіяного світла повинна збігатися з частотою падаючого проміння. Цим самим відкриття ефекту Комптона суперечило хвильовій теорії світла.

Рис.7

Схему досліду Комптона показано на рис. 7. Вузький пучок рентгенівських променів спрямовували на деяку речовину Кі після розсіювання в ній досліджували спектрографом S.

У 1922—1923 pp., досліджуючи розсіяння жорстких рентгенівських променів від молібденового антикатода на графіті, парафіні, алюмінії, Комптон помітив, що в спектрі розсіяних променів під будь-яким кутом 0 до початкового напряму поряд з лінією, що відповідає частоті падаючих променів v₀, з'являється лінія променів меншої частоти v.

Рис. 8

На рис. 8 показано рентгенограму, на якій крім двох характеристичних ліній молібдену після розсіяння променів в алюмінії видно дві нові лінії, зміщені в бік нижчих частот. Ці дані вказували на те, що поряд з класичним розсіянням променів з незмінною частотою існує розсіяння, яке веде до зменшення частоти випромінювання. Частота такого розсіяного випромінювання залежала від кута розсіяння 0 (рис. 9) відносно напряму падаючих променів, але не залежала від природи розсіюючої речовини. Одночасно з розсіянням рентгенівських променів спостерігалося вилітання з речовини швидких електронів. Незалежність частоти розсіяного випромінювання від природи розсіюючої речовини свідчила про те, що рентгенівські промені розсіювалися на слабо зв'язаних електронах різних речовин.

Рис. 9.

Ефект Комптона можна було пояснити лише на підставі уявлень про фотонну природу променів. Якщо фотон вступає у взаємодію з електроном і передає йому частину своєї енергії, то, як видно з виразу енергії фотона w = hv₀, це неодмінно приведе до зменшення частоти фотона. Частоту фотона комптонівського розсіяння можна визначити, якщо застосувати до взаємодії фотона і електрона закони збереження імпульсу і енергії (спостережувана взаємодія фотона з електроном відбувається за законом удару пружних куль).

Зазначимо, що оскільки енергія фотона жорстких рентгенівських променів в тисячу разів перевищує енергію зв'язку зовнішнього електрона в атомі, то цією енергією електрона можна знехтувати і вважати, що до взаємодії з фотоном електрон перебуває в спокої і вільний. При поглинанні жорстких рентгенівських променів електрон набуває швидкості, близької до швидкості світла, тому масу електрона, що входить у вираз його енергії й імпульсу, треба виражати за формулою теорії відносності:

На рис. 112 відображено закон збереження імпульсу для взаємодії фотона з електроном. Згідно з теоремою косинуса для трикутника імпульсів дістанемо:

(1)

Згідно із законом збереження енергії для системи фотон—електрон матимемо:

(2)

Користуючись рівняннями (1) і (2), можна виключити характеристики електрона після взаємодії з фотоном і знайти співвідношення між частотами розсіяного і падаючого фотонів. Для цього запишемо рівняння у вигляді

(1')

(2')

і піднесемо останнє рівняння до квадрата

віднімемо від останнього рівняння (1'); Дістанемо

опустивши перші члени в обох частинах рівності та скоротивши її на 2h, матимемо

(3)

звідки знаходимо співвідношення частот фотона:

(4)

Якщо рівність (3) помножити на множник, дістанемо

(5)

Сталу називають комптонівською довжиною хвилі(одна з характеристик мікрочастинки).

З виразу (5) випливає, що зміна довжини хвилі залежить лише від кута розсіяння ; вона не залежить ні від розсіюючої речовини, ні від довжини хвилі ; для = 90° дістанемо= 2,4 • 10^-12 м. Досліди підтверджують правильність формул (4) і (5).

Читайте також:

1. IV. Проблема антропогенних змін клімату або «парниковий ефект».
2. V. Пояснення нового матеріалу
3. V.Пояснення нового матеріалу
4. Аміноглікозиди (стрептоміцину сульфат, гентаміцину сульфат). Механізм і спектр протимікробної дії, застосування, побічні ефекти.
5. Аналіз економічної ефективності капітальних вкладень
6. Аналіз ефективності використання каналів розподілу
7. Аналіз ефективності використання оборотних активів
8. Аналіз ефективності використання основних засобів.
9. Аналіз ефективності діяльності працівників банку
10. Аналіз ефективності інвестиційних проектів
11. Аналіз ефективності кредитних операцій
12. Аналіз ефективності системи антиризикованих заходів

Переглядів: 2004