Comptonův jev

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Jako Comptonův jev (někdy také Comptonův rozptyl) označujeme fyzikální děj, při kterém se po srážce elektromagnetického záření s atomy pevné látky mění vlnová délka záření v důsledku předání části své energie atomům nebo jejich elektronům. Experimentální důkaz tohoto jevu sloužil jako jeden ze základních argumentů pro vlnově-korpuskulární charakter světla a elektromagnetického záření celkově.

[editovat] Historie

Jako první publikoval pozorování tohoto jevu Artur Holly Compton v roce 1923 a roku 1927 za jeho teoretické zdůvodnění a další výzkum v tomto oboru získal i Nobelovu cenu za fyziku.

Compton při svých pokusech nechal dopadat rentgenové záření o energii 17,8 keV na uhlíkovou destičku a měřil energii odražených fotonů v závislosti na úhlu odrazu. Změřená spektra vykazovala přitom podobný tvar jako původní záření, ale byla energeticky posunuta k větším vlnovým délkám - měla tedy nižší energii než původní budící rentgenové záření.

[editovat] Zdůvodnění jevu a matematický popis

Záření s vysokou energií (řádově několik keV) při průchodu prostředím tvořeným lehkými atomy (tj. s nižšími protonovými čísly) podléhá typu absorpce, zvanému Comtonův jev (Comptonův rozptyl, kvantový rozptyl).

Při tomto typu absorpce narazí foton záření gama nebo rentgenového záření na elektron, který uvolní z jeho dráhy. Foton přitom ztratí pouze určitou část své energie, změní směr pohybu a pokračuje dál jako rozptýlené záření o větší vlnové délce. Čím víc energie získal elektron od fotonu, tím méně je odchýlen od původního směru pohybu fotonu. Foton v tomto případě změní svůj směr o větší úhel. Při předání menší části energie je tomu naopak: odchýlení dráhy elektronu (po srážce s fotonem) od původního směru fotonu je větší, odchýlení fotonu je menší.

Při Comptonově jevu se tedy počet fotonů nemění, fotony se pouze rozptylují z původního směru a ztrácejí část své energie a zvětšují svoji vlnovou délku.

Matematicky lze tento jev popsat rovnicí:

$\Delta\lambda = \frac{h}{m_e c}(1-\cos{\theta})$

Kde m_e je hmota elektronu a h/(m_ec) je tzv „Comptonova vlnová délka“.
θ je úhel , o který byla vychýleny dopadající fotony.
m_e, hmota elektronu - 9.109 x 10^-31 kg.
h, energie fotonu, tedy 6.63×10^-34 J/s nebo 4.14×10^-15 eV/s.
c, rychost světla - 3×10⁸ m/s.