Эффект Комптона. Артур Комптон – американский физик, ректор Вашингтонского университета, активный участник Манхэттенского проекта (программы создания ядерного

Артур Комптон – американский физик, ректор Вашингтонского университета, активный участник "Манхэттенского проекта" (программы создания ядерного оружия в ходе Второй мировой войны). После войны по его инициативе началось внедрение ядерных реакторов на подводных лодках.

Эффект Комптона характерен для гамма‑квантов с энергиями в диапазоне 0,1...10 МэВ. Эти энергии многократно превышают энергию связи электрона в атоме, поэтому при рассмотрении комптоновского взаимодействия эту связь не учитывают, т.е. электрон можно считать свободным. В отличии от фотоэффекта, при комптон-эффекте гамма‑квант вырывает из атома валентный (находящийся на наружной оболочке) электрон (рис.3).

Рисунок 3 - Эффект Комптона

При этом только часть энергии гамма‑кванта (Е_g) преобразуется в кинетическую энергию электрона (Е_s), а другая часть испускается в виде рассеянного (ослабленного) гамма‑кванта (Е^/_g).

Комптоновский электрон, вылетающий из атома, расходует свою энергию на ионизацию и возбуждение других атомов среды. Рассеянный гамма‑квант взаимодействует с электронами других атомов, повторяя комптон-эффект и постепенно теряя свою энергию. Конечной стадией этого процесса обычно является фотоэффект.

Поскольку в процессе комптон-эффекта энергия первичного гамма‑кванта делится между электроном и рассеянным квантом, определить энергию этого электрона в каждом конкретном случае невозможно. Кинетическая энергия комптоновских электронов зависит от угла (y) вылета по отношению к вектору падения первичного гамма‑кванта. Этот угол может меняться в диапазоне от 0° до 90°. Так как величина угла y непредсказуема в каждом конкретном случае, то распределение электронов по энергиям подчиняется случайному закону. Спектр комптоновских электронов непрерывный от нуля до некоторой величины Е_smax, которая соответствует y = 0°. В общем виде энергия комптоновского электрона определяется соотношением:

Здесь 0,511 –это энергия покоя электрона (m₀c²), выраженная в мегаэлектронвольтах.

Поскольку в практических расчетах угол вылета электрона y не поддается учету, то спектр комптоновских электронов часто характеризуется своей граничной (максимальной) энергией Е_smax. Часто эту граничную энергию называют "комптоновским краем". Подставив в выражение (4.6) значение y = 0° можно получить упрощенную формулу для расчета максимально возможной энергии комптоновского электрона:

Энергия вторичного гамма-кванта также меняется в зависимости от угла рассеивания Q, который может принимать значения от 0° до 180°:

максимальная потеря энергии первичным гамма-квантом происходит при рассеивании назад (при Q = 180°), причем в этом случае энергия вторичного фотона не может превысить 0,255 МэВ.

Вывод: коэффициенты комптоновского взаимодействия зависят только от энергии гамма‑квантов, и не зависят от атомного номера вещества. Комптон-эффект является основным видом взаимодействия гамма‑излучения с веществом при средних энергиях гамма‑квантов.

		Еs, МэВ

Рисунок 4- Спектр комптоновских электронов моноэнергетического гамма-излучения.

Коэффициенты комптоновского взаимодействия зависят только от энергии гамма‑квантов, и не зависят от атомного номера вещества. Комптон-эффект является основным видом взаимодействия гамма‑излучения с веществом при средних энергиях гамма‑квантов.

Дата добавления: 2014-01-20