康普顿效应kangpudun xiaoying

当波长很短的电磁波如x射线、γ射线等通过物质发生散射时，在散射线里有与入射线波长λ0相同的射线，也有波长λ>λ0的射线。即除了波长不变的散射外，同时还有波长移向长波方向的散射。这种改变波长的散射称为康普顿效应。是美国物理学家康普顿(A.H.Compton)在1922～1923年间研究x射线经过金属、石墨等物质后的散射光谱时发现的。1926年我国物理学家吴有训的实验指出：
❶对原子量小的物质，康普顿散射较强；对原子量大的物质，康普顿散射较弱。
❷波长的改变随散射角ᵠ而异，当散射角增加时，波长改变亦增加，而在同一散射角下，对所有散射物质，波长的改变都相同。光的波动理论无法解释康普顿效应。为从理论上解释这一现象，康普顿接受了爱因斯坦的光量子概念。假设光子不但具有hv的能量，而且还具有p=hv/c的动量，及m=hv/c²的运动质量。由于光子与电子碰撞不改变电子的内部结构，只改变运动方向，故碰撞是完全弹性的，遵守动量守恒和能量守恒定律。从而由理论上推出波长的改变量0.00242621纳米，称为康普顿波长。m₀是电子的静止质量，h为普朗克常量，c为光速。等式所表达的关系与实验结果完全符合，说明了假设的正确性。
康普顿效应与光电效应所研究的都是个别光子与个别电子之间的相互作用，而不是整束光与散射物体之间的相互作用，其物理本质是相同的。在这两种效应中，碰撞粒子都遵守能量守恒定律。一般说来，当光子的能量与电子的束缚能同数量级时，主要表现为光电效应；当光子的能量远大于电子束缚能时，主要表现为康普顿效应。光电效应与康普顿效应的另一不同是光子与电子相互作用的微观机制不同。在光电效应中，光子的能量全部被电子吸收，因此只满足能量守恒定律；而康普顿效应中电子与光子作弹性碰撞，不仅能量守恒，动量也守恒。因此光子的粒子性表现更充分。原则上，可见光入射时也会发生康普顿效应，但这时波长的相对改变太小，不容易被观察到。因此，康普顿效应要用波长短的x射线、γ射线来观察。康普顿效应进一步证明了光子说的正确性，它显示出不仅光的能量是量子化的，而且光子具有一定的动量和质量。动量守恒定律在微观领域也严格适用。

康普顿效应

X射线和γ射线区域的电磁辐射被物质散射时波长增大的效应。要解释这一现象，必须把电磁辐射看作为光子构成。散射是由于光子与散射物质中实际上自由的电子相互作用而发生的。