![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Эффект Комптона
Квантовые свойства света проявляются в явлении, которое обнаружил американский физик Артур Комптон в 1923 г., наблюдая рассеяние монохроматических рентгеновских лучей «легкими» веществами (графит, парафин и др.). Опыты Комптона показали, что длина волны l¢ рассеянного излучения больше длины волны l падающего излучения, причем разность l¢ – l зависит только от угла рассеяния q:
где lК – комптоновская длина волны. Это явление получило название эффекта Комптона. Схема опыта Комптона изображена на рис. 6.3.1. Источником рентгеновского излучения служила рентгеновская трубка Р с молибденовым антикатодом А. Выделяемый диафрагмами Д1 и Д2 узкий пучок монохроматических рентгеновских лучей падал на рассеивающее вещество РВ. Для исследования спектрального состава рассеянного рентгеновского излучения использовался рентгеновский спектрограф. Рассеянное излучение после прохождения ряда диафрагм Д попадало на кристалл Кр под определенным углом q, а затем в ионизационную камеру или на фотопластинку П.
На рис. 6.3.3 представлены зависимости интенсивности компонент первичного (l) и рассеянного (l′) излучения от атомного номера рассеивающего вещества. Рис. 6.3.3а характеризует первичное излучение (линия К a серебра). При рассеивании веществами с малым атомным номером (рис. 6.3.3б-6.3.3г) практически все рассеянное излучение имеет смещенную длину волны. По мере увеличения атомного номера все большая часть излучения остается без изменения длины волны (рис. 6.3.3д-6.3.3р).
Все особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически свободными электронами. Свободными можно считать слабее всего связанными с атомами электроны, энергия связи которых значительно меньше энергии, которую может передать фотон электрону при соударении. Пусть на первоначально покоящийся свободный электрон падает фотон с энергией h n и импульсом Энергия электрона до столкновения равна
Разделим выражение (6.3.3) на с, и с учетом формулы для импульса фотона
Возведя выражение (6.3.4) в квадрат получаем:
Из закона сохранения импульса (6.3.2) и рис. 6.3.4 следует, что:
Приравнивая выражений (6.3.5) и (6.3.6) получаем:
Из (6.3.7) следует что:
Разделив выражение (6.3.8) на
Так как
где Результаты измерений Комптона находятся в полном соответствии с формулой (6.3.10). При рассеивании фотонов на электронах, связь которых с атомами велика, обмен энергией и импульсом происходит с атомом как целым. Поскольку масса атома намного превосходит массу электрона, комптоновское смещение в этом случае очень мало. Поэтому по мере роста атомного номера увеличивается число электронов с сильной связью, чем и обуславливается ослабление смещенной линии (рис. 6.3.3). Кроме того, с ростом угла рассеяния q доля передаваемой электрону энергии возрастает. Отсюда следует, что при увеличении угла рассеяния q растет относительная доля электронов, которые можно считать свободными, и соответственно растет отношение интенсивности смещенной компоненты к интенсивности несмещенной, что и показывает опыт (рис. 6.3.2). Чем больше энергия фотона, тем в меньшей степени проявляется связь электрона с атомом, тем больше электронов, которые можно считать свободными. Именно поэтому для наблюдения эффекта Комптона нужно использовать рентгеновское излучение. По этой причине эффект Комптона не наблюдается в видимой области спектра. Энергия фотонов видимой области спектра настолько мала, что даже внешние электроны атома не могут играть роль свободных. В дальнейших опытах Комптона и других исследователей удалось зарегистрировать электроны отдачи и показать, что в элементарных актах рассеяния фотонов на электронах выполняются законы сохранения энергии и импульса.
Дата добавления: 2015-06-04; Просмотров: 2092; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |