Compton saçılması

Compton olayı (veya Compton saçılması), yüksek enerjili X ışınlarının fotonu ile karbon atomunun serbest elektronunun çarpıştırılması sonucu elektronun ve fotonun şekildeki gibi saçılması olayıdır.

20. yüzyılın başlarında, X-ışınlarının madde ile etkileşimi araştırılmaya devam edildi. Θ ve θ ile ilgili farklı bir dalga boyunda ortaya bilinen bir dalga boyu X-ışınları atomları ileetkileşime girdiğinde, X-ışınları bir açı içine dağılmış olduğu gözlendi. Klasik elektromanyetizma dağınık ışınların dalga boyu, ilk dalga boyuna eşit olması gerektiğini tahmin edilse de, birden fazla deneyler dağınık ışınların dalga boyu, ilk dalga boyu daha büyük olduğunu bulmuştur. Compton 1923 yılında, Einstein'ın ışık unsurları, sadece ışık frekansına bağlı olarak belirli bir miktarda enerji içeren "nicemlenmiş" olarak kavramsallaştırdığı kanısına vardı "fotonlar" parçacık gibi ivmeli hareket ederek X-ray yıldız kayması açıkladı. Physical Review bir bildiri yayınladı. Compton dalgaboyu ve her dağınık X-ışını (foton) sadece tek bir elektron ile etkileşim olduğunu varsayarak X-ışınları saçılma açısı arasında matematiksel bir ilişki türetilmiştir. Onun türevi ilişkisi doğrulandı.Deneyler rapor ederek sonuca varıyor ve:

Compton olayı

Not: Bu sayfadaki bütün formüllerde:

• Joule birimi yerine Elektronvolt,
• metre birimi yerine Ångström,
• metre/saniye birimi yerine Ångström/saniye (Ångström bölü saniye) kullanılabilir.

${\displaystyle \lambda _{(SACILANFOTON)}-\lambda _{(GELENFOTON)}={\frac {h}{m_{e}\cdot c}}(1-\cos {\theta }),}$

Burada;

${\displaystyle \lambda _{(GELENFOTON)}\,}$: saçılma öncesinde fotonun dalga boyu, metre biriminde,

${\displaystyle \lambda _{(SACILANFOTON)}\,}$: saçılma sonrasında fotonun dalga boyu, metre biriminde,

${\displaystyle h\,}$: Planck sabiti, aşağıdaki h/mc sabitine bakınız,

${\displaystyle m_{e}\,}$: Elektronun durgun haldeki kütlesi, aşağıdaki h/mc sabitine bakınız,

${\displaystyle c\,}$: ışık hızı, aşağıdaki h/mc sabitine bakınız,

${\displaystyle \theta \,}$: fotonun saçılma açısıdır.

${\displaystyle {\frac {h}{m_{e}\cdot c}}}$ sabit bir sayıdır ve Compton dalgaboyu olarak bilinir. Değeri: ${\displaystyle 0,024\,}$ Ångströmdür. (Ångström, "Å" sembolü ile gösterilir). Compton dalgaboyu, Ångström cinsinden yazıldığı için fotonun dalgaboyu da Ångström cinsinden belirlenecektir.

Compton dalgaboyunun metre biriminden değeri: ${\displaystyle 2,43x10^{-12}\,}$ metredir. Compton dalgaboyu, metre cinsinden yazıldığı için fotonun dalgaboyu da metre cinsinden belirlenecektir.

Λ dalga boyu kayması '- λ en az sıfır (örneğin θ = 0 °)ve en fazla iki kez elektronun Comptondalga boyu (θ = 180 °). Compton, bazı X-ışınları geniş açılar dağılmış olmasına rağmen herhangi bir dalga boyukayması yaşadığını, bu gibi durumlarda her foton bir elektron çıkarmak için başarısız oldu. Böylece vardiya büyüklüğü elektronun Compton dalga boyu değil, ama yukarı 10 000 kat daha küçük olabilir, tüm atom Compton dalgaboyu ile ilgilidir.

Compton olayının özellikleri

Compton olayında enerji korunumu

Compton olayında enerji korunur. Formülü:

${\displaystyle E_{GELENFOTON}=E_{SACILANFOTON}+E_{ELEKTRON}\,}$

olduğu için:

${\displaystyle h\cdot v_{(GELENFOTON)}=h\cdot v_{(SACILANFOTON)}+E_{ELEKTRON}\,}$

Burada;

${\displaystyle E\,}$: Enerji, Joule (J) biriminde,

${\displaystyle h\,}$: Planck sabiti, J·s biriminde,

${\displaystyle v\,}$ (hız sembolü değildir): fotonun frekansı, s⁻¹ birimindedir.

Compton olayında hız, dalga boyu ve frekans

Gelen foton ve saçılan fotonun hızı; "c" ışık hızı kadardır.

${\displaystyle c=v\cdot \lambda \,}$

formülünü endeks olarak alırsak dalga boyu ile frekans ters orantılıdır.

O halde:

${\displaystyle v_{(GELENFOTON)}>v_{(SACILANFOTON)}\,}$

${\displaystyle \lambda _{(SACILANFOTON)}>\lambda _{(GELENFOTON)}\,}$ sonucuna ulaşılır.

Burada;

${\displaystyle c\,}$: ışık hızı, metre bölü saniye biriminde,

${\displaystyle v\,}$ (hız sembolü değildir): fotonun frekansı, s⁻¹ biriminde,

${\displaystyle \lambda \,}$: fotonun dalga boyu, metre birimindedir.

Not: Bu sayfadaki bütün formüllerde:

• Joule birimi yerine Elektronvolt,
• metre birimi yerine Ångström,
• metre/saniye birimi yerine Ångström/saniye (Ångström bölü saniye) kullanılabilir.

Kaynakça

• İngilizce Vikipedi maddesi