Ефектът на Комптън: крайъгълният камък на квантовата механика. Ефектът на Комптън и неговата елементарна теория Неуспехът на класическата физика да обясни ефекта на Комптън

1. Въведение.

2. Експериментирайте.

3. Теоретично обяснение.

4. Съответствие на експерименталните данни с теорията.

5. От класическа гледна точка.

6. Заключение.

ЕФЕКТЪТ НА КОМПТЪН се състои в промяна на дължината на вълната, която придружава разсейването на лъч рентгенови лъчи в тънък слой материя. Феноменът е известен няколко години преди работата на Артър Комптън, който през 1923 г. публикува резултатите от внимателно извършени експерименти, които потвърждават съществуването на този ефект и в същото време предлага обяснение за него. (Скоро беше дадено независимо обяснение от П. Дебай защо явлението понякога се нарича ефект на Комптън-Дебай.)

По това време имаше две напълно различни начиниописания на взаимодействието на светлината с материята, всяко от които е потвърдено от значителен брой експериментални данни. От една страна, теорията на Максуел за електромагнитното излъчване (1861) заявява, че светлината е вълново движение на електрически и магнитни полета; от друга страна, квантовата теория на Планк и Айнщайн доказа, че при определени условия лъч светлина, преминаващ през материята, обменя енергия с нея и процесът на обмен наподобява сблъсък на частици. важноРаботата на Комптън беше, че това беше най-важното потвърждение на квантовата теория, тъй като, след като показа неспособността на теорията на Максуел да обясни експериментални данни, Комптън предложи просто обяснение, основано на квантовата хипотеза.

Разсейването на рентгеновите лъчи от вълнова гледна точка е свързано с принудени трептенияелектрони на веществото, така че честотата на разсеяната светлина трябва да бъде равна на честотата на падащата светлина. Внимателните измервания на Комптън обаче показаха, че заедно с излъчване с постоянна дължина на вълната, в разсеяните рентгенови лъчи се появява и излъчване с малко по-голяма дължина на вълната.

Комптън експериментира с разсейването на рентгенови лъчи върху графит. Известно е, че Видима светлинаразпръсква се върху много малки, но все пак макроскопични обекти (прах, малки капки течност). Рентгеновите лъчи, като светлина с много къса дължина на вълната, трябва да бъдат разпръснати от атоми и отделни електрони. Същността на опита на Комптън беше следната. Тесен, насочен лъч от монохроматични рентгенови лъчи се насочва към малка проба от графит (други вещества могат да се използват за тази цел)

Известно е, че рентгеновите лъчи имат добра проникваща способност: те преминават през графит, като в същото време част от тях се разпръсква във всички посоки върху графитните атоми. В този случай е естествено да се очаква разсейване:

1) върху електрони от дълбоки атомни черупки (те са добре свързани с атомите и не се отделят от атомите по време на процесите на разсейване),

2) върху външни, валентни електрони, които, напротив, са слабо свързани с ядрата на атомите. Във връзка с взаимодействието им с такива твърди лъчи като рентгеновите лъчи, те могат да се считат за свободни (т.е. връзката им с атомите може да се пренебрегне).

Интерес представляваше разсейването от втория вид. Разсеяните лъчи бяха уловени при различни ъгли на разсейване и дължината на вълната на разсеяната светлина беше измерена с помощта на рентгенов спектрограф. Спектрографът е бавно люлеещ се кристал, разположен на малко разстояние от фотографския филм: когато кристалът се люлее, се открива ъгъл на дифракция, който удовлетворява условието на Wulf-Bragg. Открита е зависимост на разликата в дължините на вълните на падащата и разсеяната светлина от ъгъла на разсейване. Задачата на теорията беше да обясни тази зависимост.

Според теорията на Планк и Айнщайн светлинната енергия с честота ν предавани на части - кванти (или фотони), чиято енергия E е равна на константата на Планк h, умножена по ν . Комптън предположи, че фотонът носи импулс, който (както следва от теорията на Максуел) е равен на енергията E, разделена на скоростта на светлината c. Когато рентгеновият квант се сблъска с целевия електрон, той му предава част от своята енергия и импулс. В резултат на това разсеяният квант напуска целта с по-малко енергия и инерция и следователно с по-ниска честота (т.е. с по-голяма дължина на вълната). Комптън посочи, че всеки разпръснат квант трябва да съответства на бърз електрон на отката, нокаутиран от първичния фотон, който се наблюдава експериментално.

Нека погледнем светлината от гледна точка на фотоните. Ще приемем, че отделен фотон е разпръснат, т.е. се сблъсква със свободен електрон (пренебрегваме връзката на валентния електрон с атома). В резултат на сблъсъка електронът, който считаме за покой, придобива известна скорост, и следователно съответната енергия и импулс; фотонът променя посоката на движение (разсейва се) и намалява енергията си (честотата му намалява, т.е. дължината на вълната се увеличава). При решаването на проблема за сблъсъка на две частици: фотон и електрон, приемаме, че сблъсъкът се извършва по законите на еластичния удар, при който енергията и импулсът на сблъскващите се частици трябва да се запазят.

При съставянето на уравнението за запазване на енергията е необходимо да се вземе предвид зависимостта на масата на електрона от скоростта, тъй като скоростта на електрона след разсейване може да бъде значителна. В съответствие с това кинетичната енергия на електрона ще бъде изразена като разликата в енергията на електрона след и преди разсейването, т.е.

Енергията на електрона преди сблъсъка е равна на

Фотонна енергия преди сблъсък - , след сблъсък -

По същия начин, импулсът на фотона преди сблъсъка

Така, в ясна форма, законите за запазване на енергията и импулса приемат формата:

Второто уравнение е векторно. Неговият графичен дисплей е показан на фигурата

Според векторния триъгълник на импулсите за страната, лежаща срещу ъгъла θ, имаме

Нека преобразуваме първото уравнение (1.1): прегрупираме членовете на уравнението и поставяме на квадрат двете му части.

Извадете (1.3) от (1.2):

Събирайки (1.4) и (1.5), получаваме:

Съгласно първото уравнение (1.1), трансформираме дясната страна на уравнение (1.6). Получаваме следното.

ЕФЕКТ НА КОМПТЪН (Compton scattering), разсейване на твърдо (късовълново) електромагнитно лъчение върху свободни заредени частици, придружено от промяна на дължината на вълната на разсеяното лъчение. Открит от A. Compton през 1922 г. по време на разсейването на твърди рентгенови лъчи в графит, чиито атомни електрони, разсейващи радиацията, могат да се считат с добра точност за свободни (тъй като честотата на рентгеновите лъчи е много по-висока от характерните честоти на електроните движение в леки атоми). Според измерванията на Комптън първоначалната дължина на вълната на рентгеновото лъчение λ 0, когато се разсейва под ъгъл θ, се увеличава и се оказва равна

където λ C е постоянна стойност за всички вещества, наречена Compton дължина на вълната на електрона. (По-често използваната стойност е λ C = λ/2π = 3.86159268·10 -11 cm) Ефектът на Комптън рязко противоречи на класическата вълнова теория на светлината, според която дължината на вълната на електромагнитното излъчване не трябва да се променя, когато се разпръсне от свободни електрони. Следователно откриването на ефекта на Комптън беше едно от най-важните факти, което показва двойствената природа на светлината (виж дуализъм вълна-частица). Обяснението на ефекта, дадено от Комптън и независимо от него от П. Дебай е, че γ-квант с енергия E = ћω и импулс p = ћk, сблъсквайки се с електрон, му предава част от енергията си в зависимост от ъгълът на разсейване. (Тук ћ е константата на Планк, ω е цикличната честота на електромагнитната вълна, k е нейният вълнов вектор |k|= ω/s, свързан с дължината на вълната чрез отношението λ = 2π|k|.) Според законите на запазване на енергията и импулса, енергията γ- квант, разпръснат върху неподвижен електрон, е равна на

което напълно съответства на дължината на вълната на разсеяното лъчение λ’. В този случай Комптъновата дължина на вълната на електрона се изразява чрез фундаментални константи: масата на електрона m e, скоростта на светлината c и константата на Планк ћ: λ С = ћ/m e c. Първото качествено потвърждение на тази интерпретация на ефекта на Комптън е наблюдението през 1923 г. от C. T. R. Wilson на електрони на отката при облъчване на въздух рентгенови лъчив изобретена от него камера (камера на Уилсън). Подробни количествени изследвания на ефекта на Комптън са извършени от D.V. Skobeltsyn, който използва радиоактивното лекарство RaC (214 Bi) като източник на високоенергийни γ-кванти и камера на Wilson, поставена в магнитно поле като детектор. Данните на Skobeltsyn впоследствие са използвани за тестване на квантовата електродинамика. В резултат на този тест шведският физик О. Клайн, японският физик Й. Нишина и И. Е. Там откриха, че ефективното напречно сечение на ефекта на Комптън намалява с увеличаване на енергията на γ квантите (т.е. с намаляване на дължината на вълната на електромагнитно излъчване) и с дължини на вълните, значително надвишаващи дължината на вълната на Compton, клони към границата σ T = (8π/3)r e 2 = 0,6652459· 10 -24 cm 2, посочена от J. J. Thomson въз основа на вълновата теория (r e = e 2 /m e s 2 - класически електронен радиус).

Ефектът на Комптън се наблюдава, когато γ-квантите се разсейват не само от електрони, но и от други частици с по-голяма маса, но ефективното напречно сечение е с няколко порядъка по-малко.

В случай, че γ-квантът се разсейва не от неподвижен електрон, а от движещ се (особено релативистичен) електрон, е възможен пренос на енергия от електрона към γ-кванта. Това явление се нарича обратен ефект на Комптън.

Ефектът на Комптън, заедно с фотоелектричния ефект и производството на двойки електрон-позитрон, е основният механизъм за поглъщане на твърдото електромагнитно излъчване в материята. Относителната роля на ефекта на Комптън зависи от атомния номер на елемента и енергията на γ-квантите. В оловото, например, ефектът на Комптън има основен принос за загубата на фотони в енергийния диапазон 0,5-5 MeV, в алуминия - в диапазона 0,05-15 MeV (фиг.). В тази енергийна област комптъновото разсейване се използва за откриване на γ кванти и измерване на тяхната енергия.

Ефектът на Комптън играе важна роля в астрофизиката и космологията. Например, той определя процеса на пренос на енергия от фотони от централните области на звездите (където протичат термоядрени реакции) към тяхната повърхност, т.е. в крайна сметка светимостта на звездите и скоростта на тяхната еволюция. Светлинното налягане, причинено от разсейването, определя критичната светимост на звездите, от която обвивката на звездата започва да се разширява.

В ранната разширяваща се Вселена Комптъновото разсейване поддържаше равновесна температура между материя и радиация в гореща плазма от протони и електрони, докато от тези частици се образуваха водородни атоми. Благодарение на това ъгловата анизотропия на космическото микровълново фоново лъчение дава информация за първичните флуктуации на материята, водещи до формирането на мащабната структура на Вселената. Обратният ефект на Комптън обяснява съществуването на рентгеновия компонент на фоновото галактическо лъчение и γ-лъчение от някои космически източници. Когато космическото микровълново фоново лъчение преминава през облаци от горещ газ в далечни галактики, поради обратния ефект на Комптън, в спектъра на космическото микровълново фоново лъчение се появяват изкривявания, които предоставят важна информация за Вселената (виж ефекта на Суняев-Зелдович).

Обратният ефект на Комптън прави възможно получаването на квазимонохроматични лъчи от високоенергийни γ-кванти чрез разсейване на лазерно лъчение върху насрещен лъч от ускорени ултрарелативистични електрони. В някои случаи обратният ефект на Комптън предотвратява прилагането термоядрени реакциисинтез в земни условия.

Лит.: Алфа, бета и гама спектроскопия. М., 1969. Бр. 1-4; Shpolsky E.V. Атомна физика. М., 1986. Т. 1-2.

При висока енергияфотони, по-специално за рентгеново лъчение (~ 0,1 MeV), процесът на абсорбция на фотони от електрони на веществото става малко вероятен. В този случай, когато електромагнитното излъчване взаимодейства с материята, се наблюдава неговото разсейване с промяна в посоката на разпространение.

Наистина, в отправната система, в която свободният електрон първоначално е бил в покой, законът за запазване на енергията, като се вземат предвид възможните релативистични скорости на електрона след удара, може да бъде записан във формата

къде е масата на покой на електрона, - релативистичен фактор, - скорост на електрона след сблъсък с фотон, - честота на падащо лъчение, - честота на разсеяно лъчение.

Разсейване на фотон от свободен електрон

Чрез разделянето на членовете на уравнение (1.60) на , то може да се преобразува във формата

Където , .

Обърнете внимание, че законът за запазване на енергията (6.41.14) обяснява ефекта на Комптън качествено. Наистина, тъй като > , от (6.41.14) следва, че > ​​(< ) .

Нека повдигнем на квадрат лявата и дясната страна на уравнението (6.41.15):

(6.41.16)

При еластичен сблъсък на фотон с електрон също е изпълнен законът за запазване на импулса, който може да се запише във формата

(6.41.17)

След като изградихме векторна диаграма на закона за запазване на импулса, от триъгълника на импулса намираме, че

където е ъгълът между посоките на падащо и разсеяно лъчение.

Импулсен триъгълник

Нека извадим израз (6.41.18) от (6.41.16):

Израз (6.41.19) може да се трансформира във формата:

Умножавайки условията на равенството (6.41.20) по 2 и разделяйки на , получаваме:

(6.41.21)

защото Най-накрая получаваме формулата на Комптън:

Трябва да се отбележи, че значителна част от електроните на дадено вещество не са свободни, а са свързани с атоми. Ако енергията на кванта на излъчване е голяма в сравнение с енергията на свързване на електрона, тогава разсейването от такъв електрон се случва, сякаш е свободен електрон. В противен случай, разсейвайки се върху свързан електрон, фотонът обменя енергия и импулс с практически целия атом като цяло. При такова разсейване формулата (6.41.22) може да се използва и за изчисляване на промяната в дължината на вълната на излъчване, където обаче трябва да се разбира масата на целия атом. Тази промяна се оказва толкова малка, че практически не може да бъде открита експериментално.

В енергийния диапазон на фотоните 0,1-10 MeV, ефектът на Комптън е основният физически механизъм на загуба на енергия на радиация по време на нейното разпространение в материята. Следователно разсейването на Комптън се използва широко в изследванията на радиацията атомни ядра. Той е в основата на принципа на действие на някои гама спектрометри.

Комптън ефект
Комптън ефект

Комптън ефект –разсейване на електромагнитно излъчване от свободен електрон, придружено от намаляване на честотата на излъчване (открито от A. Compton през 1923 г.). В този процес електромагнитното излъчване се държи като поток от отделни частици - корпускули (които са в такъв случайса кванти електромагнитно поле- фотони), което доказва двойствената – корпускулярно-вълнова – природа на електромагнитното излъчване. От гледна точка на класическата електродинамика разсейването на радиация с промяна на честотата е невъзможно.
Комптъновото разсейване е разсейването на отделен фотон върху свободен електрон с енергия E = hν = hc/ λ (h е константата на Планк, ν е честотата на електромагнитната вълна, λ е нейната дължина, c е скоростта на светлината) и импулс p = E/c. Разсейвайки се върху неподвижен електрон, фотонът му предава част от своята енергия и импулс и променя посоката на движението си. В резултат на разсейването електронът започва да се движи. Фотонът след разсейване ще има енергия E " = hν " (и честота) по-малко от неговата енергия (и честота) преди разсейване. Съответно, след разсейване, дължината на вълната на фотона λ " ще нарастне. От законите за запазване на енергията и импулса следва, че дължината на вълната на фотона след разсейване ще се увеличи с количеството

където θ е ъгълът на разсейване на фотона, а m e е масата на електрона h/m e c = 0,024 Å се нарича дължина на вълната на Комптон на електрона.
Промяната в дължината на вълната по време на Комптоново разсейване не зависи от λ и се определя само от ъгъла на разсейване θ на γ-кванта. Кинетичната енергия на електрона се определя от съотношението

Ефективното напречно сечение на разсейване на γ-квант от електрон не зависи от характеристиките на абсорбиращата субстанция. Ефективното напречно сечение на същия процес е предназначени за един атом, е пропорционален на атомния номер (или броя на електроните в един атом) Z.
Напречното сечение на Комптъново разсейване намалява с увеличаване на енергията на γ-кванта: σ k ~ 1/E γ .

Обратен ефект на Комптън

Ако електронът, върху който се разпръсква фотонът, е ултрарелативистичен Ee >> E γ, тогава при такъв сблъсък електронът губи енергия, а фотонът получава енергия. Този процес на разсейване се използва за получаване на моноенергийни лъчи от високоенергийни γ-лъчи. За тази цел фотонният поток от лазера се разпръсква под големи ъгли от лъч от ускорени високоенергийни електрони, извлечени от ускорителя. Такъв източник на висока енергия и плътност γ кванти се нарича Ласър- делектрон- Жама- С ource (КРАКА). В работещия в момента източник LEGS лазерното лъчение с дължина на вълната 351,1 μm (~0,6 eV) в резултат на разсейване от електрони, ускорени до енергия от 3 GeV, се превръща в поток от γ-кванти с енергия от 400 MeV).
Енергията на разпръснатия фотон E γ зависи от скоростта v на ускорения електронен лъч, енергията E γ0 и ъгъла на сблъсък θ на фотоните на лазерното лъчение с електронния лъч, ъгълът между φ посоките на движение на първичния и разпръснати фотони

При челен сблъсък

E 0 е общата енергия на електрона преди взаимодействието, mc 2 е енергията на покой на електрона.
Ако посоката на скоростите на първоначалните фотони е изотропна, тогава средната енергия на разсеяните фотони γ се определя от съотношението

γ = (4E γ /3)·(E e /mc 2).

Когато релативистките електрони се разсейват от микровълните космическо микровълново фоново лъчениеобразува се изотропно рентгеново космическо лъчение с енергия
E γ = 50–100 keV.
Експериментът потвърди прогнозираната промяна в дължината на вълната на фотона, което свидетелства в полза на корпускулярната идея за механизма на ефекта на Комптън. Ефектът на Комптън, заедно с фотоелектричния ефект, беше убедително доказателство за правилността на първоначалните положения на квантовата теория за вълновата природа на частиците в микросвета.

За повече информация относно обратния ефект на Комптън вижте.

КОМПТЪН ЕФЕКТ(Compton effect, Compton scattering) - ел-магнитно разсейване. вълни върху свободен електрон, придружени от намаляване на честотата. Ефектът се наблюдава при високи честоти на разсеяни електромагнитни вълни. радиация (в рентгеновата област и по-горе). Той се прояви още в първите опити за разсейване на rsntg; лъчи върху свободни електрони, но за първи път е изследван с необходимата задълбоченост от A. Compton през 1922-23 г. Исторически K. e. беше един от гл. доказателства в полза на корпускулярния характер на el-magn. радиация (по-специално светлина). От класическа гледна точка. В електродинамиката разсейването с промяна на честотата е невъзможно.

Елементарната теория на ефекта е дадена от А. Комптън и независимо от него П. Дебай, основана на идеята, че рентгеновите лъчи. радиацията се състои от фотони.За да се обясни ефектът, беше необходимо да се приеме, че фотонът има както енергия, така и импулс (тук v и са честотата и дължината на вълната на светлината, П- единичен вектор по посока на разпространение на вълната).

Комптън разглежда еластичното разсейване на фотон от свободен електрон в покой (което е добро приближение за разсейването на рентгенови фотони от атомни електрони на леки атоми). По време на разсейването фотонът предава част от енергията и импулса на електрона, което съответства на намаляване на честотата (увеличаване на дължината на вълната) на разсеяната светлина. От законите за запазване на енергията и импулса той получава формулата за изместване на дължината на вълната:

къде са дължините на вълните преди и след разсейване, е ъгълът на разсейване, м e е масата на електрона. Име на параметъра Дължина на вълната на Комптънелектрон и е равен на 2,4 * 10 -10 см. От кинематиката на процеса също е лесно да се определи енергията и импулса на електрона на отката.

Тъй като f-la (*) се базира само на кинематография. съображения, то се оказва валидно в точната теория. От него следва, че се отнася. промяната в дължината на вълната е голяма само за къси дължини на вълните, когато

Опростената теория на ефекта, дадена от Compton, не позволява да се определят всички характеристики на Compton разсейването, по-специално зависимостта на интензитета на разсейване от . Точна релативистка теория на квантовата емисия. беше формулиран в рамките на квантова електродинамика. (QED). Във втория ред на теорията на смущенията К. е. в QED се описва от две Диаграми на Файнман, показано на фиг. 1. Изчисляване от тези диаграми (с помощта на Уравнения на Диракза електрон) диференц участъци от K. e. води до Формула на Клайн - Нишина, което е в добро съответствие с експеримента.

Ориз. 1. Диаграми на Fsynman за ефекта на Compton: e, u - съответно електрон и фотон в начално и крайно състояние; e* - виртуален електрон в междинно състояние.

За К. е. при високи енергии разсеяното лъчение е рязко насочено по посока на първичния фотон; с увеличаване на енергията на фотона, този ъгъл. асиметрията се увеличава. Пълен еф. Напречното сечение на разсейване на Комптон (получено чрез интегриране върху ъглите на формулата на Klein - Nishina) намалява с нарастване (фиг. 2).

К. е. е един от основните механизми, които определят загубата на енергия по време на преминаването на радиация през материята. Коремни мускули. раздел на K. e., както и връзката му с раздели фотоелектричен ефектИ раждане на двойкиелектрон-позитрон в реални вещества силно зависят от при. числа З. На фиг. Фигура 2 показва връзката между тези процеси в оловото. В границата на нулевите честоти общото напречно сечение на напр. на кат. електронът преминава в класическия участък. (Thomson) разсейване, където =2,8*10 -13 cm - т.нар. класически електронен радиус. В този случай =6,65 10 -25 cm 2. Както се вижда от фиг. 2, при енергии в диапазона 0,5-5 MeV K.e. дава основни принос към загубата на енергия от фотони в оловото (във въздуха съответният диапазон е 0,1-20 MeV).

Ориз. 2. Зависимост на общото напречно сечение o в олово от енергията на фотона в единици енергия на покой на електрона m e c 2за ефекта на Комптън ( 1) , фотоелектричен ефект ( 2) , раждане на двойки e + e - (3);ординатата показва линейното поглъщане на фотони = N(н- концентрация на атоми на вещество).

Ако електронът, върху който е разпръснат фотонът, не е в покой, а е ултрарелативистичен с енергия, тогава по време на сблъсък електронът губи и фотонът печели енергия и дължината на вълната на светлината по време на сблъсъка намалява (честотата се увеличава). Това явление се нарича обратен комбиниран ефект. Ако упътванията за скорост започват. фотоните се разпределят изотропно, тогава вж. енергия на разпръснати фотони с обратна космическа емисия. се определя от отношението

Обратно K. e. е гл. механизъм на загуба на енергия от електрони, движещи се в магнит. космическо поле радио източници. Това е и причината за изотропните рентгенови лъчи. пространство лъчение с енергия 50-100 keV, което е фотони на отката по време на разсейване на релативистични електрони върху изотропна микровълнова космическа. фонова радиация.

По време на процеса на разсейване електронът може да абсорбира един фотон и да излъчи в крайното състояние не един (както в случая на конвенционален електронен електрон), а два фотона. Това явление се нарича. двоен Комптън ефект. Теоретично е изследван от В. Хайтлер и Л. Нордхайм през 1934 г. Възможен е и процесът на повторно многократно космическо излъчване, когато в крайното състояние се излъчва Пфотони. Неговото напречно сечение, най-общо казано, се потиска от фактора. Но в случай, че излъчените фотони са меки и не се регистрират директно, такъв процес е неразличим от обикновеното космическо излъчване. и има голямо сечение. Следователно, като се вземат предвид измененията от н-сгънете К.е. важно за тълкуване на данни за конвенционалните K. e.

Ако К. е. възниква във външни интензивно ел-магнитно поле вълни [където всеки краен честотен интервал съдържа много фотони], тогава е възможен процес, при който възниква абсорбция отвън. полета и електронна емисия голямо числофотони. Такъв процес е сложна функция на външно напрежение. електрически полета ди се обади нелинеен ефект на Комптън. Това се случва със забележима вероятност при , където E 0има мащаба на полетата в електронната орбита на водородния атом. Такива електрически напрежения полетата все още са недостижими при земни условия, но съществуват на повърхността на свръхплътни звезди.

Комптъновото разсейване възниква и при други заряди. частици, по-специално върху протона, обаче, поради голямата маса на протона, ефектът се забелязва само при много високи енергии на -квантите.

Комптъновото разсейване се използва при изследвания на -емисии от атомни ядра, както и за измерване на поляризуемостта елементарни частиции ядра и лежи в основата на принципа на действие на определени гама спектрометри.

Лит.: Shpolsky E.V., Атомна физика, 7 изд., том 1-2, М., 1984; Алфа, бета и гама спектроскопия, прев. от английски, В. 1-4, М., 1969; Ленг К., Астрофизични формули, прев. от английски, т. 1-2, М., 1978; Квантова електродинамика на явления в интензивно поле, М., 1979. М. В. Терентьев.

К. е. върху свързан електрон. При разсейването на фотон от свързан (атомен или молекулярен) електрон, за разлика от разсейването от свободен електрон, се различават три следи. канал: Релеево разсейване, при което състоянието на целта не се променя; Раманово разсейване, в резултат на което целта преминава в друго свързано състояние; Комптъново разсейване, придружено от йонизация.

Ефектът от свързването на електрон в атом в началото. състояние води, в процеса на комптонова йонизация, до разширяване на линията на комптън, т.е. до появата на честотно разпределение на излъчените фотони при фиксиран ъгъл на разсейване. Взаимодействието на електрон с йонен остатък в крайното състояние води до изместване на максимума на линията на Комптън към по-високи честоти, колкото повечетолкова по-висока е енергията на свързване. Във всяко начало фотонни енергии, ширината на Комптъновата линия е пропорционална. . В нерелативистичната енергийна област пропорцията. честота на падащия фотон, , а изместването на неговия максимум е от порядъка на [ - константа на фината структура, Z eff - eff. ядрен заряд (в единици елементарен заряд д) за разглежданата електронна обвивка].

Ориз. 3. Диаграма на Файнман тип чайка; двойна плътна линия описва електрон в полето на атом, вълнообразна линия описва фотон.

В областта на енергиите По време на комптонова йонизация електронът получава енергия, която е значително по-голяма от енергията на свързване в атома. Това ни позволява да интерпретираме разсейването на фотони като процес, протичащ върху свободен електрон, който има точно същото разпределение на импулса като в свързано състояние. Такова разглеждане в рамките на импулсното приближение е теоретично. основата на нерелативистичен метод за изследване на електронната структура на атоми, молекули и кристали - методът на профила на Комптън.

В енергийната област амплитудата на ефекта на Комптън върху слабо свързан () електрон се описва от диаграма на Файнман тип "чайка" (фиг. 3), в която операторът на взаимодействие се изразява чрез вълнови вектори ки поляризация д, инцидентни и разпръснати фотони и оператор на импулса:

(аз = 1, 2, 3) -Матрица на Дирак,_ В енергийната област при напречното сечение на K.e. Определящото влияние се оказва от взаимодействието на електрона с йонния остатък в крайното състояние, тъй като поради приблизителното изпълнение на закона за запазване на импулса (теснотата на линията на Комптън и малката нейна промяна), излъченият електронът има средно относително ниска енергия. При такива фотонни енергии процесът на йонизация на Compton се тълкува като разсейване тип „разклащане“ (вижте фиг. Метод на внезапно смущение). В съответствие с концепцията за "разклащане" гл. характеристика на ъгъла разпределение на разсеяните фотони в космическото излъчване. върху свързан електрон е подходящо избран параметър на "клатене":

Където b= 1+. Стойността на параметъра нсе определят съотношенията eff. секции показано за ДА СЕ-електроните на фиг. 4.

Ориз. 4. Ъглови разпределения на разсеяните фотони в процеса на комптонова йонизация на К-обвивки на леки елементи (пунктирно-пунктирни линии; r e= д 2/мс 2- класически електронен радиус); плътни линии - изчисление по формулата на Klein-Nishina.

Тези отношения са като параметрични функции нсе оказват универсални не само за ДА СЕ-електрони, но и за всяка конкретна атомна обвивка.

Във връзка с напредъка на лазерната технология, редица изследвания повдигат въпроси за влиянието на силното електромагнитно излъчване. полета за различни елементарни атомни процеси. Съществува цял клас ефекти на принудително поглъщане или излъчване на външни фотони. лазерно поле, възникващо на фона на основното процес, който може да бъде фотойонизация, йонизация на Комптон, спиране на електрон върху атом и др. В областта на параметрите, където напречните сечения на тези принудителни процеси са големи, те могат да се интерпретират като процеси на „разклащане“. В случаите, когато параметърът нне съдържа константата на Планк (например в процесите на излъчване и разсейване на фотони от класически електрон), стимулираните ефекти имат класически обяснение за всяка честота на излъчени (погълнати) лазерни фотони. По този начин процесът на Комптоново разсейване на твърд фотон с енергия върху електрон, поставен в интензивно нискочестотно (с честота) лазерно поле, с класически гледна точка се описва като високочестотно излъчване на електрон, разположен в полето на два електрически магнита. вълни

Лит.: 1) Зомерфелд А., Атомна структура и спектри, прев. от немски, т. 2, М., 1956; 2) В. А. Бушуев, Р. Н. Кузмин, Нееластично разсейване на рентгеново и синхротронно лъчение в кристали, кохерентни ефекти при нееластично разсейване, UFN, 1977, т. 122, с. 81; 3) Dykhne A.M., Yudin G.L., „Разклащане“ на квантовата система и природата на преходите, стимулирани от нея, UFN, 1978, том 125, стр. 377; 4) Dykhne A.M., Yudin G.L., Стимулирани ефекти по време на "разклащане" на електрон във външно електромагнитно поле, UFN, 1977, т. 121, стр. 157. Г.Л.Юдин.