Комптон-эффект.

При прохождении γ-квантов через вещество, наряду с поглощением, происходит их рассеяние. Рассеяние бывает с изменением и без изменения длины волны.

Рассеяние без изменения длины волны падающего излучения называется классическим или томсоновским. Падающее излучение приводит в резонансные колебания связанные электроны атома и они становятся излучателями квантов такой же частоты.

Рассеяние с изменением длины волны (Комптон-эффект) возникает тогда, когда энергия падающего кванта больше энергии связи электрона в атоме. Если энергия γ-квантов во много раз превышает энергию связи электрона в атоме, то электрон можно считать свободным. В результате комптон-эффекта вместо первичного фотона с энергией E_γ появляется рассеянный фотон с энергией E_γ^/ < E_γ, а электрон, на котором произошло рассеяние, приобретает кинетическую энергию E_e = E_γ - E_γ^/

Пользуясь законами сохранения энергии и импульса, можно показать, что изменение длины волны при комптоновском рассеянии

,

(6.15)

где λ и λ^/ – длина волны первичного и рассеянного излучения; λ₀=h/(m_ec) – универсальная постоянная, называемая комптоновской длиной волны электрона; θ – угол рассеяния γ-кванта.

Как видно из (6.15), изменение длины волны при рассеянии не зависит от λ и определяется лишь углом θ. Кинетическая энергия, приобретаемая электроном (энергия отдачи), оказывается равной:

,

(6.16)

Поскольку комптон-эффект есть рассеяние кванта на свободном электроне, для характеристики вероятности комптоновского рассеяния удобно пользоваться эффективным сечением σ_k^e, рассчитанным на электрон, которое дается формулой Клейна -Нишины Тамма. При Е_γ>m_ec² σ_k^e , согласно этой формуле, убывает обратно пропорционально E_γ (σ_k^e ~ 1/E_γ).

Очевидно, что σ_k^e не зависит от Z вещества. Сечение комптоновского рассеяния, рассчитанное на атом, тогда будет равно σ_k^a =Zσ_k^e, где Z –порядковый номер вещества-поглотителя.