Kompton ta'siri

Kompton effekti- fotonlarning tarqalishi paytida ularning chastotasining (yoki to'lqin uzunligining) o'zgarishi. Buni rentgen fotonlari erkin elektronlar yoki yadrolar tomonidan sochilganida, gamma nurlanish tarqalganda kuzatilishi mumkin.
Guruch. 2.5. Kompton effektini o'rganish uchun sozlash sxemasi.
Tr- rentgen trubkasi
Komptonning tajribasi quyidagicha edi: u chiziq deb ataladigan narsadan foydalangan K a to'lqin uzunligi bilan molibdenning xarakterli rentgen spektrida λ 0 = 0,071 nm. Bunday nurlanishni molibden anodini elektronlar bilan bombardimon qilish orqali olish mumkin (2.5-rasm), diafragma va filtrlar tizimi yordamida boshqa to'lqin uzunlikdagi nurlanishni kesish ( S). Monoxromatik rentgen nurlanishining grafit nishoni orqali o'tishi ( M) fotonlarning ma'lum burchaklarda tarqalishiga olib keladi φ , ya'ni fotonlarning tarqalish yo'nalishini o'zgartirish. Detektor bilan o'lchash orqali ( D) turli burchaklarda tarqalgan fotonlarning energiyasi, ularning to'lqin uzunligini aniqlash mumkin.
Ma'lum bo'lishicha, tarqoq nurlanish spektrida tushayotgan nurlanish bilan mos keladigan nurlanish bilan bir qatorda kamroq foton energiyasiga ega bo'lgan nurlanish ham mavjud. Bunda hodisa va tarqoq nurlanishning to‘lqin uzunliklari orasidagi farq ∆ λ = λ – λ 0 qanchalik katta bo'lsa, foton harakatining yangi yo'nalishini aniqlaydigan burchak qanchalik katta bo'lsa. Ya'ni, to'lqin uzunligi uzunroq bo'lgan fotonlar katta burchak ostida tarqaldi.
Bu ta'sirni klassik nazariya bilan isbotlab bo'lmaydi: yorug'likning to'lqin uzunligi tarqalish paytida o'zgarmasligi kerak, chunki yorug'lik to'lqinining davriy maydoni ta'sirida elektron maydon chastotasi bilan tebranadi va shuning uchun har qanday burchakda bir xil chastotali ikkilamchi to'lqinlarni chiqarishi kerak.
Kompton effektining tushuntirishi yorug'likning kvant nazariyasi tomonidan berilgan bo'lib, unda yorug'likning tarqalishi jarayoni sifatida qaraladi. fotonlarning materiya elektronlari bilan elastik to'qnashuvi. Bu toʻqnashuvda foton oʻz energiyasi va impuls momentini aynan ikki jismning elastik toʻqnashuvidagi kabi, ularning saqlanish qonunlariga muvofiq elektron qismiga oʻtkazadi.

Guruch. 2.6. Fotonning kompton sochilishi
Fotonning relativistik zarrachasining elektron bilan o'zaro ta'siridan so'ng, ikkinchisi o'ta yuqori tezlikni olishi mumkinligi sababli, energiyaning saqlanish qonuni relativistik shaklda yozilishi kerak:
(2.8)
Qayerda hv 0 Va hn mos ravishda hodisa va tarqoq fotonlarning energiyalari, mc 2 elektronning relativistik tinch energiyasi, elektronning to'qnashuvdan oldingi energiyasi, e e foton bilan to'qnashuvdan keyingi elektronning energiyasi. Impulsning saqlanish qonuni quyidagi shaklga ega:
(2.9)
qayerda p0 Va p to'qnashuvdan oldingi va keyingi foton momentlari; pe- foton bilan to'qnashuvdan keyingi elektronning impulsi (to'qnashuvdan oldin elektronning impulsi nolga teng).
Biz (2.30) ifodani kvadratga aylantiramiz va ko'paytiramiz 2 dan beri:
(2.5) formulalardan foydalanamiz va foton momentini ularning chastotalari bilan ifodalaymiz: (2.11)
Relyativistik elektronning energiyasi quyidagi formula bilan aniqlanishini hisobga olsak:
(2.12)
va energiyani tejash qonunidan (2.8) foydalanib, biz quyidagilarni olamiz:
(2.13) ifodani kvadratga keltiramiz:
Keling, (2.11) va (2.14) formulalarni solishtiramiz va eng oddiy o'zgarishlarni amalga oshiramiz:
(2.16)
Chastota va to'lqin uzunligi o'zaro bog'liqdir ν =s/ λ , shuning uchun (2.16) formulani quyidagicha qayta yozish mumkin:  (2.17)
To'lqin uzunligi farqi λ – λ 0 Bu juda kichik qiymat, shuning uchun radiatsiya to'lqin uzunligidagi Kompton o'zgarishi faqat to'lqin uzunligining kichik mutlaq qiymatlarida seziladi, ya'ni ta'sir faqat rentgen yoki gamma nurlanish uchun kuzatiladi.
Tarqalgan fotonning to'lqin uzunligi, tajriba shuni ko'rsatadiki, moddaning kimyoviy tarkibiga bog'liq emas, u faqat burchak bilan belgilanadi. θ uning ustiga foton tarqalgan. Agar fotonlar yadrolar tomonidan emas, balki har qanday moddada bir xil bo'lgan elektronlar tomonidan sochilganligini hisobga olsak, buni tushuntirish oson.
Qiymat h/mc(2.17) formulada Kompton to'lqin uzunligi deyiladi va elektron uchun ga teng lc= 2,43 10 –12 m.