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康普頓效應（2）

親愛的朋友，

γ （光子）等射線與電子相互作用時，

主要分為3種情況：

A. 光電效應；

B. 康普頓散射效應；

C. 產生正負電子偶對。

A.光電效應：

入射的γ射線等，把能量轉移給原子中的

束縛電子，把電子打出來，形成“光電子”：

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B. 康普頓效應：

如前述， 康普頓在研究x射線通過物質發生散射現象時，

發現散射光中除了具有‘原波長λ（蘭布達）’的x光外，

還產生了大於原波長λ 的x光，

其波長的增量，隨散射角的不同而變化。

在康普頓效應中，入射 γ 光子與核外電子發生碰撞，

把一部分能量轉移給了電子，

使電子脫離原子成為反衝電子，

損失能量後的光子，則朝另一個方向散射出來。

 第 3 種情況：

C. 產生正負電子偶對：

在粒子的碰撞中，正、負電子對，

可以由其他粒子轉化而產生出來。

現在要問，

為什麼散射之後，

有一種射線的波長會變長？

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（1）經典電磁波理論

         對康普頓效應的解釋，一籌莫展！

根據經典電磁波理論，原以為，電磁波作用於比自己波長尺寸小的帶電粒子時，帶電粒子在受迫振動時，會向各方向輻射同頻率的電磁波。

康普頓在開始時，也是用經典電磁理論來解釋散射現象的，但是遇到了困難，後來他改用‘光量子’理論（即從光子與電子碰撞的角度）對實驗進行解釋就說通了。實驗證明，

經典理論解釋‘頻率不變的散射’還可以，但是對於康普頓效應卻不能作出具有說服力的解釋。

（2）用愛因斯坦光量子理論來解釋，則皆大歡喜！

在引入愛因斯坦光量子概念後，

康普頓散射可以作如下解釋：

電子與光子發生彈性碰撞（彈性碰撞是碰撞前後整個系統的動能不變。彈性碰撞的條件是動能沒有轉成其他形式的能量，如熱能等），電子獲得入射光子的一部分能量而成為反衝電子，失去一部分能量的光子，則從另一方向飛出，整個過程中總動量守恆。

比如，X射線是能量E等於hν的光子流

（hν即普朗克常量乘以頻率），

它與自由電子發生碰撞時，電子獲得一部分能量，因而使得散射之後的光子的能量減少了，能量減少、頻率降低，

根據公式，

光子的頻率降低、波長就變長了。

康普頓散射可以在任何物質中發生。當光子從光子源發出，射入散射物質時，主要是與電子發生作用。

🙂 如果光子的能量與電子束縛能‘同數量級’，

則主要產生‘光電效應’；

🙂 如果光子的能量相當大（遠超過電子的束縛能），則光子對自由電子發生散射，產生康普頓效應；

🙂 如果光子能量極其大（大於1.022百萬電子伏特），則足以轟擊原子核而生成一對粒子（正負偶對粒子）：電子和正電子。

康普頓效應的意義

康普頓效應，第一次從實驗上證實了，愛因斯坦提出的光量子學說，並且康普頓在公式中, 引用了‘能量守恆’和‘動量守恆定律’，首次證明微觀粒子的運動，也遵循這2條定律。那麼‘康普頓公式’長什麼樣呢？——看看就好，如何推導，是進一步的事。喜歡物理的朋友自然有這種能力，對那些物理牛人，這都不是個事，但對不熟悉物理的人來說，了解個大概就好，不是嗎？

康普頓頻移公式

康普頓引用愛因斯坦的光電效應和狹義相對論來解釋康普頓效應，並依據餘弦定律推導，得出康普頓頻移公式：

康普頓效應，證明了光不僅有波動性，還有粒子性。就是說，這一實驗證明了光在某種情況下表現出粒子性，光束類似一串粒子流，而該粒子流的能量是與光的頻率成正比的。 謝謝閱讀。