Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



ЭФФЕКТ КОМПТОНА

Читайте также:
  1. ECR (Efficient Customer Response) - Эффективное взаимодействие с потребителем
  2. III Обоснование экономической эффективности
  3. III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА
  4. III. Первоочередные виды работ по энергосбережению и повышению энергетической эффективности
  5. IY этап. Оценка эффективности социальной реабилитации семьи
  6. VI. Педагогические технологии на основе эффективности управления и организации учебного процесса
  7. VII этап. Формирование эффективных условий привлечения кредитов
  8. Автотрансформаторы, схемы включения обмоток, энергетическая эффективность.
  9. Аддитивные модели эффективности
  10. Анализ безубыточности при оценке эффективности инвестиционных проектов

В конце XVII века почти одновременно возникли две теории о природе света. Ньютон предложил теорию истечения, согласно которой свет представляет собой поток световых частиц (корпускул), летящих от светящегося тела по прямолинейным траекториям. Гюйгенс выдвинул волновую теорию, в которой свет рассматривался как упругая волна, распространяющаяся в мировом эфире.

Наиболее полно корпускулярные свойства света проявляются в эффекте Комптона. Американский физик А. Комптон, исследуя в 1923 г. рассеяние монохроматического рентгеновского излучения веществами с легкими атомами (парафин, бор), обнаружил, что в составе рассеянного излучения наряду с излучением первоначальной длины волны наблюдается также излучение более длинных волн. Опыты показали, что разность Dl=l'-l не зависит от длины волны l падающего излучения и природы рассеивающего вещества, а определяется только величиной угла рассеяния q:

Dl = l' - l = 2lC sin2(q/2), (1)

где l' — длина волны рассеянного излучения, lCкомптоновская длина волны,(при рассеянии фотона на электроне lC= 2,426 пм).

Эффектом Комптонаназывается упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и g-излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.

Объяснение эффекта Комптона дано на основе квантовых представлений о природе электромагнитных волн. Если считать, как это делает квантовая теория, что излучение представляет собой поток фотонов, то эффект Комптона - результат упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами вещества (для легких атомов электроны слабо связаны с ядрами атомов, поэтому их в первом приближении можно считать свободными). В процессе этого столкновения фотон передает электрону часть своих энергии и импульса в соответствии с законами их сохранения.

Рисунок 1

Рассмотрим упругое столкновение двух частиц (рисунок 1) — налетающего фотона, обладающего импульсом pg=hn/c и энергией eg=hn, с покоящимся свободным электроном (энергия покоя W0 = m0c2; m0—масса покоя электрона). Фотон, столкнувшись с электроном, передает ему часть своей энергии и импульса и изменяет направление движения (рассеивается). Уменьшение энергии фотона означает увеличение длины волны рассеянного излучения. Пусть импульс и энергия рассеянного фотона равны p'g=hn'/c и e'g=hn'. Электрон, ранее покоившийся, приобретает импульс pe=mv, энергию W=mc2 и приходит в движение — испытывает отдачу. При каждом таком столкновении выполняются законы сохранения энергии и импульса.



Согласно закону сохранения энергии,

, (2)

где .

Согласно закону сохранения импульса,

k = mv + k,(3)

где .

Разделив первое уравнение на с, можно привести его к виду:

mc = m0c + (k - k’) . (4)

Возведение этого уравнения в квадрат дает:

(mc)2 =( m0c)2 + ( k)2 +( k’)2 - 2( k)( k’)+2m0c (k - k’).(5)

Из рисунка 1 следует, что

(6)

Вычтя уравнение (6) из уравнения (5), получим:

m2 (c2 –v2) = m02c2 - 2 2kk’(1-cos )+2m0c (k - k’). (7)

Можно убедиться, что m2(c2 –v2) = m02c2, и тогда все приходит к равенству:

m0c(k - k’) = kk’(1-cos ). (8)

Умножив равенство на 2 и разделив на m0ckk’ и, учтя, что2 /k = l, получим формулу:

. (9)

Выражение (9) есть не что иное, как полученная экспериментально Комптоном формула (1). Подстановка в нее значений h, m0 и с дает комптоновскую длину волны электрона lC =h/(m0c)=2,426 пм.



Наличие в составе рассеянного излучения «несмещенной» линии (излучения первоначальной длины волны) можно объяснить следующим образом. При рассмотрении механизма рассеяния предполагалось, что фотон соударяется лишь со свободным электроном. Однако если электрон сильно связан с атомом, как это имеет место для внутренних электронов (особенно в тяжелых атомах), то фотон обменивается энергией и импульсом с атомом в целом. Так как масса атома по сравнению с массой электрона очень велика, то атому передается лишь ничтожная часть энергии фотона. Поэтому в данном случае длина волны l' рассеянного излучения практически не будет отличаться от длины волны l падающего излучения.

Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например протонах, однако из-за большой массы протона его отдача «просматривается» лишь при рассеянии фотонов очень высоких энергий.


Дата добавления: 2015-04-15; просмотров: 24; Нарушение авторских прав


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Обработка результатов измерений и расчет погрешностей измерений | ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2017 год. (0.011 сек.) Главная страница Случайная страница Контакты