什么是康普顿效应?康普顿效应中散射光的波长是否只能变长,不能变短?如果碰撞前的电子不是静止的,而是有

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中文名称：康普顿效应 英文名称：Compton effect 其他名称：康普顿散射(Compton scattering) 定义：短波电磁辐射(如X射线,伽玛射线)射入物质而被散射后,除了出现与入射波同样波长的散射外,还出现波长向长波方向移动的散射现象. 应用学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）
编辑本段康普顿效应 pton effect介绍
　　对康普顿散射现象的研究经历了一、二十年才得出正确结果. 　　康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设.这在物理学发展史上占有重要的位置.光子在介质中和物质微粒相互作用时,可能使得光向任何方向传播,这种现象叫光的散射． 康普顿效应
1922年,美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大,他认为这是光子和电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子,康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样,不仅具有能量,也具有动量,碰撞过程中能量守恒,动量也守恒.短波长电磁辐射射入物质而被散射后,在散射波中,除了原波长的波以外,还出现波长增大的波,散射物的原子序数愈大,散射波中波长增大部分的强度和原波长部分的强度之比就愈小.按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差,结果跟实验数据完全符合,这样就证实了他的假设.这种现象叫康普顿效应.
编辑本段发现
　　1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分,发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外,还有波长较长的成分.这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应.康普顿将0.71埃的X光投射到石墨上,然后在不同的角度测量被石墨分子散射的X光强度.当θ=0时,只有等于入射频率的单一频率光.当θ≠0（如45°、90°、135°）时,发现存在两种频率的散射光.一种频率与入射光相同,另一种则频率比入射光低.后者随角度增加偏离增大. 　　康普顿效应发现过程 　　 　　在1923年5月的《物理评论》上,A.H.康普顿以《X射线受轻元素散射的量子理论》为题,发表了他所发现的效应,并用光量子假说作出解释.他写道（A.H.Compton,Phys.Rev.,21（1923）p.）： 　　“从量子论的观点看,可以假设：任一特殊的X射线量子不是被辐射器中所有电子散射,而是把它的全部能量耗于某个特殊的电子,这电子转过来又将射线向某一特殊的方向散射,这个方向与入射束成某个角度.辐射量子路径的弯折引起动量发生变化.结果,散射电子以一等于X射线动量变化的动量反冲.散射射线的能量等于入射射线的能量减去散射电子反冲的动能.由于散射射线应是一完整的量子,其频率也将和能量同比例地减小.因此,根据量子理论,我们可以期待散射射线的波长比入射射线大”,而“散射辐射的强度在原始X射线的前进方向要比反方向大,正如实验测得的那样.” 　　康普顿用图（见右） 　　解释射线方向和强度的分布,根据能量守恒和动量守恒,考虑到相对论效应,得散射波长为： 　　即Δλ=λ-λ0=(2h/mc)sin^2(θ/2) 　　△λ为入射波长λ0与散射波长λθ之差,h为普朗克常数,c为光速m为电子的静止质量,θ为散射角. 　　这一简单的推理对于现代物理学家来说早已成为普通常识,可是,康普顿却是得来不易的.这类现象的研究历经了一、二十年、才在1923年由康普顿得出正确结果,而康普顿自己也走了5年的弯路,这段历史从一个侧面说明了现代物理学产生和发展的不平坦历程. 　　从上式可知,波长的改变决定于θ,与λ0无关,即对于某一角度,波长改变的绝对值是一定的.入射射线的波长越小,波长变化的相对值就越大.所以,康普顿效应对γ射线要比X射线显著.历史正是这样,早在1904年,英国物理学家伊夫（A.S.Eve）就在研究γ射线的吸收和散射性质时,首先发现了康普顿效应的迹象.镭管发出γ射线,经散射物散射后投向静电计.在入射射线或散射射线的途中插一吸收物以检验其穿透力.伊夫发现,散射后的射线往往比入射射线要“软”些.（ A.S.Eve,Phil.Mag.8（1904）p.669.） 　　后来,γ射线的散射问题经过多人研究,英国的弗罗兰斯（D.C.H.Florance）在1910年获得了明确结论, 康普顿效应
证明散射后的二次射线决定于散射角度,与散射物的材料无关,而且散射角越大,吸收系数也越大. 　　所谓射线变软,实际上就是射线的波长变长,当时尚未判明γ射线的本质,只好根据实验现象来表示. 　　1913年,麦克基尔大学的格雷（J.A.Gray）又重做γ射线实验,证实了弗罗兰斯的结论并进一步精确测量了射线强度.他发现：“单色的γ射线被散射后,性质会有所变化.散射角越大,散射射线就越软.”（J.A.Gray,Phil.Mag.,26（1913）p.611.） 　　实验事实明确地摆在物理学家面前,可就是找不到正确的解释.1919年康普顿也接触到γ散射问题.他以精确的手段测定了γ射线的波长,确定了散射后波长变长的事实.后来,他又从γ射线散射转移到X射线散射.钼的Kα线经石墨晶体散射后,用游离室进行测量不同方位的散射强度.通过康谱顿发表的部分曲线可以看出,X射线散射曲线明显地有两个峰值,其中一个波长等于原始射线的波长（不变线）,另一个波长变长（变线）,变线对不变线的偏离随散射角变化,散射角越大,偏离也越大. 　　康普顿的学生,从中国赴美留学的吴有训对康普顿效应的进一步研究和检验有很大贡献,除了针对杜安的否定作了许多有说服力的实验外,还证实了康普顿效应的普遍性.他测试了多种元素对X射线的散射曲线,结果都满足康普顿的量子散射公式.康普顿和吴有训1924年发表的论文题目是：《被轻元素散射时钼Kα线的波长》.（ A.H.Comptonand Y.H.Woo,Proc.Nat.Acad.Sei,10（1924）p.27.）他们写道：“这张图的重要点在于：从各种材料所得之谱在性质上几乎完全一致.每种情况,不变线P都出现在与荧光MoKa线（钼的Kα谱线）相同之处,而变线的峰值,则在允许的实验误差范围内,出现在上述的波长变化量子公式所预计的位置M上.” 　　吴有训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了X射线散射中变线、不变线的强度比率R随散射物原子序数变化的曲线,证实并发展了康普顿的量子散射理论. 　　爱因斯坦在肯定康普顿效应中起了特别重要的作用.前面已经提到,1916年爱因斯坦进一步