Ефект Комптона: основні закономірності та теорія ефекту

Ефектом Компотна називають зміну довжини хвилі електромагнітного випромінювання при його розсіюванні на вільних електронах. Він є результатом розсіювання на вільних або майже вільних електронах, енергія зв’язку яких в атомах і молекулах розсіюючої речовини дуже мала порівняно з енергією фотонів. При цьому розсіяний фотон передає електрону лише частину своєї енергії. Досліджуючи розсіювання рентгенівських променів різними речовинами, Комптон виявив:

1. в розсіяному випромінюванні присутні дві довжини хвилі: первинна λ і вторинна λ ', які близькі за значенням,

2. виконується умова, що λ '> λ. Δ λ =λ '-λ не залежить від λ і від природи розсіюючої речовини,

3. значення λ ' залежить від кута розсіювання θ.

, де θ – кут, утворений між напрямком розсіяного випромінювання з напрямком первинного пучка, λ _с – стала величина, рівна 0, 0242⁰ А – комптонівська довжина хвилі, яка визначає величину зміни довжини хвилі при розсіянні рентгенівських променів під прямим кутом (θ = ).

Вказані закони справедливі для не дуже жорстких променів і для речовин з малою атомною вагою (водень, вуглець, бор, алюміній).

Якісно ефект Компотна можна пояснити і за допомогою класичної хвильової теорії з використанням ефекту Доплера: електрони, які розсіюють рентгенівські промені, під їх дією викидаються із атомів в різних напрямках з різними швидкостями. Отже, розсіяне випромінювання повинне мати змінену довжину хвилі в залежності від швидкості і напрямку руху вирваних електронів.

В сучасній квантовій теорії процес комптонівського розсіяння розуміють як ефект зникнення (поглинання електроном) падаючого фотону і народження нового “розсіяного” фотона.