![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Эффект Комптона[i].
Корпускулярные свойства света особенно отчетливо проявляются в явлении, которое получило название эффект Комптона. В 1923г. А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей (фотонов большой энергии) различными веществами (в основном легкими: графитом, парафином и др.), содержащими свободные или слабо связанные электроны, обнаружил, что в рассеянных лучах, наряду с излучением первоначальной длины волны l содержатся также лучи с длиной волны l¢ большей l (l¢ > l). Причем разность Dl=l¢ -l оказалась независящей от l и от природы рассеивающего вещества, а целиком определялась углом рассеяния. Экспериментально была установлена следующая закономерность:
где q - угол, образуемый направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка; l0 – постоянная для всех веществ величина, равная l0=0, 0242 ОПРЕДЕЛЕНИЕ: рассеяние электромагнитного излучения на свободных или слабо связанных электрона, при котором отдельный фотон в результате упругого соударения с электроном передает ему часть своего импульса (часть энергии), называется эффектом или явлением Комптона. Схема опыта Комптона показана на рисунке 3.1. Монохроматическое (характеристическое) рентгеновское излучение, возникающее в рентгеновской трубке, проходит через диафрагмы Д и узким пучком направляется на легкое (графит, парафин и т.п.) рассеивающее вещество РВ. Спектральный состав рассеянного излучения исследуется с помощью рентгеновского спектрографа, состоящего из кристалла Кр и ионизирующей камеры ИК.
На рисунке 3.2. приведены результаты исследования рассеяния монохроматических рентгеновских лучей (линия KaMo) на графите. Кривая «а» характеризует первичное излучение. Остальные кривые относятся к различным углам рассеяния q, значения которых указаны на рисунке 3.2. По оси ординат отложена интенсивность излучения, по оси абсцисс – величина, пропорциональная длине волны. Также экспериментально было установлено, что при рассеянии излучения веществами с малыми атомными номерами (Li, Be, B) практически все рассеянное излучение имеет смещенную длину волны. По мере увеличения атомного номера все большая часть излучения рассеивается без изменения длины волны. Указанные особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически свободными электронами. Полученные на опыте факты противоречат классической теории, согласно которой частота вынужденных колебаний должна точно совпадать с частотой вынуждающей силы, т.е. частотой облучающего света, и не может возникать никаких дополнительных спектральных составляющих в рассеянном излучении.
где Для совместного решения этих двух уравнений воспользуемся рисунком 3.3., где изображены относительные направления всех трех интересующих нас векторов. Разделим уравнение, описывающее закон сохранения энергии на «с», тогда получим:
Возведем это уравнение в квадрат
Из рисунка 3.3. следует, что
где q - угол между направлением распространения рассеянного излучения и направлением первичного пучка. Вычтя последнее уравнение из предпоследнего, получим
Учтя, что
Разделив полученное соотношение на
совпадающую с эмпирической. Анализ этой простой формулы показывает, что смещение возрастает с увеличением угла рассеяния, достигая максимума при q=p, т.е. в том случае, когда рассеянное излучение направлено навстречу возбуждающему. Величина Проведенные вычисления не учитывали рассеяние рентгеновских лучей, взаимодействующих с сильно связанными в атоме электронами. Т.е. фактически исследовалось рассеяние на легких атомах, где связь очень слабая. В согласии с данными опыта в этом случае интенсивность смещенной компоненты относительно велика. По мере роста атомного номера увеличивается относительное число электронов с сильной связью и значительная часть фотонов как бы испытывает столкновение с атомом большой массы. Поэтому в спектре рассеяния будет велика интенсивность несмещенной компоненты.
|