эффект комптона

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ
Взаимодействие электронов и фотонов.
Киртока Елена
РАССЕИВАНИЕ ФОТОНОВ НА ЭЛЕКТРОНАХ
• Как меняется энергия рассеянного фотона в
зависимости от энергии электрона, на котором
он рассеивается?
• Где используется этот метод?
ДИАГРАММЫ ФЕЙНМАНА
Фотон сначала поглощается электроном в
момент времени 1, а затем испускается в
момент времени 2.
В момент времени 1 электрон испускает фотон,
с которым в дальнейшем ничего не
происходит. Первичный электрон в момент
времени 2 поглощается электроном и исчезает.
ИССЛЕДОВАНИЯ
• Комптон – эффект
если энергия электрона до рассеяния много меньше
энергии рентгеновского фотона, фотон передает
часть своей энергии электрону
• Обратный Комптон-эффект
если энергия электронов больше энергии фотонов,
электрон отдает часть своей энергии фотону
АРТУР ХОЛЛИ
КОМПТОН
(10 .09. 1892 -15 .03.1962 )
американский физик, лауреат Нобелевской
премии по физике 1927 г.
Родился в городе Вустер,
штат Огайо, США.
C1918 г. занимался
изучением рентгеновского излучения.
В 1921 г. предположил, что электрон
может вращаться вокруг своей
оси (имеет спин) и, по сути, представляет
собой электромагнит.
В 1922 г. обнаружил и дал теоретическое
обоснование эффекту изменения длины
волны рентгеновского излучения
вследствие рассеяния его электронами
вещества, чем доказал
существование фотона. За это открытие
Комптон был награждён Нобелевской
премией.
В 1941—1942 г. работал над созданием
американской атомной бомбы.
ЭФФЕКТ КОМПТОНА
• (Комптон-эффект) — явление изменения длины
волны электромагнитного излучения
вследствие рассеивания его электронами.
Δλ= λ' — λ= λо (1—cos ϑ) –связь длин волн до и после
рассеивания фотона на покоящемся электроне.
λ0 = h/mc = 2,426∙10-12м - комптоновская длина волны
электрона.
Эффект Комптона является прямым доказательством квантования
электромагнитной волны, другими словами подтверждает
существование фотонов. Эффект Комптона является доказательством
справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц.
СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА КОМПТОНА
СПЕКТРЫ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ОБРАТНЫЙ ЭФФЕКТ КОМПТОНА
• Эффектом, обратным эффекту Комптона, является
увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние
на релятивистских электронах, имеющих энергию выше,
чем энергия фотонов. То есть в процессе такого
взаимодействия происходит передача энергии от
электрона фотону.
• ε=4/3*εₒ*k/(mₑc²) - Энергия рассеянных фотонов, где
ε и ε0 — энергия рассеянного и падающего фотонов
соответственно, k- кинетическая энергия электрона.
Обратный эффект Комптона часто привлекают для
объяснения механизма излучения космических
рентгеновских источников, образования
рентгеновской компоненты фонового
галактического излучения, трансформации
плазменных волн в электромагнитные волны
высокой частоты.
РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
космическое электромагнитное излучение, приходящее на
Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой
интенсивностью и имеющее спектр, характерный для
излучения абсолютно черного тела при температуре
около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, что
соответствует –270° С). При такой температуре основная
доля излучения приходится на радиоволны
сантиметрового и миллиметрового диапазонов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• Комптоновское рассеяние широко используется в
исследованиях γ-излучения ядер, а также лежит в
основе принципа действия некоторых гаммаспектрометров.
• Эффект Комптона возможен не только на электронах, но и на
других заряженных частицах, например на протонах, но из-за
большой массы протона отдача его заметна лишь при
рассеянии фотонов очень высокой энергии.
• Двойной эффект Комптона — образование двух
рассеянных фотонов вместо одного первичного при его
рассеянии на свободном электроне. Существование
такого процесса следует из квантовой
электродинамики; впервые он наблюдался в 1952. Его
вероятность примерно в 100 раз меньше вероятности
обычного эффекта Комптона .
ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОНАМИ ФОТОНОВ
• Фотоэффект – это испускание электронов вещества под
действием света
• Законы фотоэффекта:
1.
количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу
времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку,
освещающему металл.
2.
максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно
возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3.
для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть
минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё
возможен фотоэффект, и если ν < ν0, то фотоэффект уже не происходит.
АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН
(14.03.1879-18.04.1955)
Физик-теоретик, один из основателей современной
теоретической физики, лауреат Нобелевской премии
по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист.
В 1905 году Эйнштейн дал объяснение
законам фотоэффекта. Согласно ему,
электромагнитное излучение представляет
собой поток отдельных квантов (фотонов) с
энергией hν каждый, где h — постоянная
Планка.
При фотоэффекте часть падающего
электромагнитного излучения от поверхности
металла отражается, а часть проникает внутрь
поверхностного слоя металла и там
поглощается. Поглотив фотон, электрон
получает от него энергию и, совершая
работу выхода, покидает
металл:
hν = Aout + We,
где We — максимальная кинетическая энергия,
которую может иметь электрон при вылете из
металла.