Эффект Комптона. Распространяясь в веществе, 
-излучение взаимодействует с электронами и ядрами атомов, а также с кулоновским полем, окружающим ядра и электроны атомов. Имеется возможность осуществления более десятка элементарных процессов взаимодействия 
-излучения с веществом, заканчивающихся поглощением или рассеянием -квантов.В качестве примера взаимодействия фотона с частицами вещества рассмотрим упругое рассеяние фотона на первоначально покоящейся частице (электроне) – эффект Комптона. Упругое рассеяние фотона на первоначально покоящемся электроне приводит к изменению длины волны фотона и появлению электрона отдачи – так называется электрон, получивший импульс в результате реакции. Атомарный электрон в этом случае можно рассматривать как свободную частицу, так как при комптоновском рассеянии энергия фотона значительно превышает энергию связи электрона в атоме.Пусть фотон с длиной волны 
рассеивается под углом 
на покоящемся электроне. При этом длина волны рассеянного фотона 
, а электрон отдачи вылетает под углом 
к направлению распространения падающего фотона. Найдем изменение длины волны 
фотона при комптоновском рассеянии.Для данного случая запишем закон сохранения импульса: 
, где 
и 
− импульсы падающего и рассеянного фотонов, 
− импульс электрона отдачи (частицы отдачи) и закон сохранения энергии: 
, где 
и 
− энергии падающего и рассеянного фотонов, 
− полная энергия электрона отдачи (частицы отдачи), 
− энергия покоя электрона, 
− кинетическая энергия электрона после рассеяния.Используя векторную диаграмму для импульсов взаимодействующих частиц, перейдем от векторной формы записи закона сохранения импульса (4.1) к скалярной форме, используя теорему косинусов: 
. Тогда уравнения (4.2) и (4.3) можно записать в виде системы: 
, Учтем, что 
и 
, и выразим изменение длины волны фотона при рассеянии: 
, где 
– комптоновская длина волны частицы с массой покоя 
. (Для электрона комптоновская длина волны 
м, для протона 
м.). Энергия рассеянного фотона равна 
| Рис. 1. К эффекту Комптона
|
Энергию электрона отдачи (частицы отдачи) можно выразить через угол рассеяния фотона
:
или через угол рассеяния
самого электрона:
Связь между углами рассеяния:
. Изменение длины волны фотона при комптоновском рассеянии не зависит от самой длины волны
(и соответственно, энергии
) падающего фотона, а определяется только углом рассеяния фотона
. Фотоны, рассеянные на углы
, всегда имеют энергию
МэВ независимо от начальной энергии
, а при
МэВ. При рассеянии назад (
,
) фотон уносит минимальную энергию:
, при этом кинетическая энергия комптоновского электрона максимальна:
. Упругое рассеяние фотона на первоначально покоящейся частице приводит к изменению его длины волны и появлению т.н.
частицы отдачи – так называется частица, получившая импульс в результате реакции.
Рассмотрим процесс упругого столкновения фотонов со свободными электронами (свободными можно считать электроны, энергии связи которых в атоме значительно меньше той энергии, которую фотон может передать электрону при взаимодействии). Пусть на первоначально покоившийся электрон падает фотон с энергией 
и импульсом 
. Энергия электрона до столкновения равна его энергии покоя 
, импульс электрона 
. После столкновения электрон будет обладать импульсом 
и энергией 
. Энергия и импульс фотона также изменятся и станут равными 
и 
. Из законов сохранения энергии и импульса системы следуют два равенства: 
, 
. Длина волны рассеянного фотона оказывается большей исходной его длины волны на величину 
, называемую комптоновским смещением длины волны рассеянного фотона: 
, где J – угол рассеяния фотона в лабораторной системе отсчета (угол между векторами 
и 
, рис. 1); величина 
называется комптоновской длиной волны электрона (частицы). Для электрона и протона ее значения примерно равны соответственно λ ce 2,43×10-12 м, λ cp 1,32×10-15 м. Энергия рассеянного фотона 
, где 
. Кинетическая энергия электрона (частицы) отдачи 
13. Виды спектров. Закономерности атомных спектров. Комбинационный принцип Ритца. Виды спектров:1)раскаленные ТВ.тела или жидкости, созд. Непр или сплошные спектры излуч. Пример: ачт,солнце. 2) атомарные газы при высоких Т, созд. Линейчатые спектры испуск., сост.из отдельных узких спектральных линий. В этом сл.атомы можно счит.не взаим.др.сдр.,поэт. Спектры также наз.атомными. Изолир.атомы опр. хим.эл. спектр.линии, присущие только этому хим.эл. 3) молек.газы при высоких Т созд. Полосатые спектры испускания: мн-во тесно располож.линий,обр.группы или полосы, раздел. темными промежутками.Анализ эмпирических данных по линейчатым спектрам показал, что отдельные линии в спектрах могут быть объединены в группы линий, которые принято называть сериями. Бальмер пришел к выводу (1885), что линии в видимой части спектра водорода можно представить следующей формулой: 
, где 
− частота излучения соответствующей линии, 
с-1 − постоянная Ридберга. Эта серия линий называется серией Бальмера. Лайман открыл (1906) другую серию линий, лежащую в ультрафиолетовой части спектра атома водорода: 
Эта серия называется серией Лаймана. Пашен открыл (1908) серию в инфракрасной части спектра атома водорода: 
Эта серия называется серией Пашена. В дальнейшем в инфракрасной части спектра водорода были открыты также другие серии: серия Брэкета 
серия Пфундта 
Все эти серии можно представить в виде обобщенной формулы Бальмера: 
Комбинационный принцип Ритца (1908): Все многообразие спектральных линий рассматриваемого атома может быть получено путем попарных комбинаций величин называемых спектральными термами 
. Для атома водорода спектральные термы можно задать выражением: 
. Серия линий получается, если число 
фиксировано, 
пробегает все целые значения 
. Однако не все возможные комбинации спектральных термов атома соответствуют фактически существующим линиям в спектре.
