Физикалық практикум

153 
 
1922-1923  ж  американ  ғалымы  А.Комптон  рентген  сәулелерінің    шашырауын  жеңіл 
элементтер  арқылы  зерттей  отырып,шашыраған  сәулелерде  бастапқы  ұзындықтағы   
0  
сәулеленуімен      қатар,  үлкен   толқын  ұзындықтарының  бар  екенін  анықтады. 
=
-
0   
айырымы  тек  шашыраған рентген сәулелерінің бағыты мен шашырауға ұшыраған бастапқы 
шың араларындағы шашырау бұрышына   байланысты. 
Электромагниттік  толқынның  затпен  әрекеттесулерінің  классикалық  электродинамикалық  
процестеріне  сүйене  отырып,  электронның  толқындағы  қозғалысын  зерттеу  қажет.  Егер 
электрон  бастапқыда  еркін  әрі  тыныш  күйде  болса,  кейін  ол  бастапқы  күйінен  ауытқып, 
электрлік зарядталған бөлшек ретінде өзі электромагниттік сәуле шығара бастайды. Егер осы 
электрлік  диполь  орнында  қалған  болса,  онда  ол  толқынды  түскен  толқынмен  бірдей 
жиілікте  тарататын  еді.  Алайда,  жарықтық  қысым  оны  еркін  электрон  жылдамдығымен 
қозғалуға  мәжбүрлейді.  Бұндай  жағдайда  сыртқы  сәулелену  қозғалған  электронды  қуып 
жетеді,  соған  қатысты  шашырап  жатқан  толқын  үлкен  толқын  ұзындығына  ие  болады. 
Доплерлік ығысу есебі бұл  жағдай үшін 
 
= -
0
=
)
cos
1
(
2
0
mc
E
                                                                                              
(20.1)
      
 
формуласына келеді, мұндағы Е-түскен жарықтан алынған энергия, m-электронның массасы, 
с-жарық  жылдамдығы, 
-  бастапқы  жарық  шоғының  бағытына  қатысты  бақылаушы 
орналасқан бұрыш. 
Бұдан  байқайтынымыз,  бұл  формула  Комптон  тәжірибесі  кезіндегі  бақыанатын,   
бұрышынан тәуелділікті құрайды.  
Алайда  берілген  бұрыш 
 үшін 
  тұрақты  шама  болып  табылатын, 
шамасына қарағанда ол уақыт өткен  сайын  тұрақты өсуі 
керек, себебі бөлшек энергия алады; сонымен қатар ол түскен толқынның қарқындылығына 
тәуелді  болуы  қажет,  себебі  қысым  күші  оған  тәуелді  болады,  сәйкесінше  электрон 
жылдамдығы да. 
Көрсетілген 
қайшылықтарды 
Комптон 
шешті, 
ол 
әсерлесу 
моделінде 
электромагниттік  сәулеленуді  (берілген  жағдайда  қатты  рентгендік  сәулелену)    импульсі 
және  энергиясы  төмендегідей  болатын  бөлшектер  ағыны  ретінде  (фотон  немесе  квант 
сәулелену) қарастырды.  
0
0
k
c
p


                                                                                                       
(20.2)  
мұндағы, k
0
-толқындық вектор, 
0
-түскен сәуле жиілігі 
Е
0,
=ħ
 0
 
                                                                    (20.3) 
 

154 
 
 
20.1-сурет. Фотонның еркін электронда шашырау схемасы. 
 
Кейін  екі  шар-фотон  мен  еркін  электронның,  соның  ішінде  электронның  бастапқы 
жылдамдығы  0-ге  тең  болғандағы  серпімділік  есебі  шешілді.    Соқтығысқанға  дейінгі 
электронның  энергиясы    m
0
c
2
-қа  тең,  m
0
-тыныштық  күйдегі  электронның  массасы,ал  оның 
импульсі  0-ге  тең.  Соқтығысқаннан  кейін  (1-сурет)  электронның  имульсі  өзгереді,  р=m
0
 
(релятивистік емес жағдай), ал оның толық энергиясы (кинетикалық энергия мен тыныштық 
күйдегі энергияның  қосындысы) 
2
0
2
2
c
m
p
c
 болады. 
Импульс пен энергияның сақталу заңынан : 
  
2
0
2
2
2
0
0
c
m
p
c
c
m


                                              (20.4) 
k
p
k


0
                                                                          (20.5) 
мұндағы 
-сәулелену жиілігі, 
k -сәулеленудің толқындық векторы.  
Алынған теңдеулерге қарапайым түрлендірулер жасау арқылы  
= -
0
= (1-cos )                                                                       (20.6)  
мұндағы, 
0
 
  -  фотонның  соқтығысқанға  дейінгі  және  соқтығысқаннан  кейінгі  толқын 
ұзындығы, ал тұрақты түрдегісі 
  
=
0243
,
0
2
0
c
m

Å                                                                    (20.7)  
электронның комптондық толқын ұзындығы деп аталады.  
Шашырау  басқа  бөлшекте  мысалы,  протонда  болса,  онда  (20.7)  формуладағы 
электронның массасын протон массасына өзгерту керек.  

155 
 
(20.6)  формула  эксперимент  нәтижелерімен  тура  сәйкес  келіп,  «комптондық  ығысу» 
(шашыраудан  кейінгі  рентгендік  квант  толқын  ұзындықтарының  өзгеруі)  деп  аталды,  ал 
құбылыстың өзі- Комптон эффектісі деп аталды. 
Енді  Комптонның  өзі  жасаған  экспериментке  тоқталсақ.  Тәжірибенің  сызбасы  20.2- 
суретте  көрсетілген.  Рентгендік  түтіктің  монохроматтық  жиіліктегі  сәулеленуі 
коллимациялық    саңылау  арқылы  заттары  жеңіл  элементтерден  тұратын  шашыратқышқа 
қарай бағытталады. Жеңіл элемент ретінде көбіне графит алынады.  
Шашыраған  сәуле  дифракция  жүріп  жатқан  кристаллдан  және  дифракцияланған 
рентгендік  кванттарды  белгілейтін  ионизациялық  камерадан  тұратын  рентгендік 
спектрографқа келіп түседі.Дифракция бұрышы  бойынша, жоғарылағанда өзгеріп отыратын 
толқын ұзындығы анықталған болатын. 
                                        
 
                                                 20.2-сурет. Комптон тәжірибесінің схемасы 
Шашыраған  сәуленің  спектрін  зерттеу  шашырау  бұрышының  әр  түрлілігіне 
байланысты  2  шың  байқалатынын  көрсетті.  Біріншісі, 
0 
толқын  ұзындығымен 
(ығыстырылмаған  компонента),  басқасы,  (20.6)  формуладағы 
0 
қарағанда  үлкенірек   
толқын  ұзындығына  сәйкес.    Ығыстырылған  компонента   әлсіз  байланысқан  электронның 
(көміртегі тәрізді, сыртқы  қабатында әлсіз байланысқан электрондары бар жеңіл элементтер) 
алдын-ала  ажырату  нәтижесінде  пайда  болатын  еркін  электронға  шашырауға  және  онда 
рентгендік  кванттардың  серпімді  шашырауына  сәйкес  келеді.  Ал  ығыстырылмаған 
компонента  барлық  атомда  шашырай  алады,  сонымен  қатар  рентгендік  кванттан  барлық 
атомға  берілген  импульстың  аздығы  сонша,  тіпті  бастапқы  квант  энергиясы  өзгеріссіз 
қалады( толқын ұзындығы 
0
) 
 

жүктеу/скачать 3,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: