康普顿散射

32080227 许旭 康普顿散射

【实验目的】

1．掌握康普顿散射的物理模型。

2．通过实验来验证康普顿散射的γ光子能量及微分散射截面与散射角的关系。

3．学会康普顿散射效应的测量技术，学习测量微分散射截面的实验技术。

【实验原理】

1．康普顿散射

康普顿效应是射线与物质相互作用的三种效应之一。康普顿效应是入射光子与物质原子中的核外电子产生非弹性碰撞而被散射的现象。碰撞时，入射光子把部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射光子的能量和运动方向发生变化。

当入射光子与电子发生康普顿效应时，如图3.9-1所示，

图3.9-1 康普顿散射示意图 入射光子

散射光子

反冲电子

其中hν是入射γ光子的能量，hν′是散射γ光子的能量，θ是散射角，e是反冲电子，Φ是反冲角。

由于发生康普顿散射的γ光子的能量比电子的束缚能要大得多，所以入射的γ光子与原子中的电子作用时，可以把电子的束缚能忽略，看成是自由电子，并视散射发生以前电子是静止的，动能为0，只有静止能量m0c2。散射后，电子获得速度v

，此时电子的能量

E mc m0c

2

2

mv m0v/，其中 v/c，c为光速。

用相对论的能量和动量守恒定律就可以得到

m0c h m0c/h /c m0vcos /22h （3.9－1）

h cos /c （3.9－2）

式中，hν／c是入射γ光子的动量，hν′/c是散射γ光子的动量。

c mvsi n

h sin /0

（3.9－3）

由式（3.9－1）、（3.9－2）、（3.9－3）可得出散射γ光子的能量

h

(3.9－4) h

h 1 (1 cos )2

m0c

此式就表示散射γ光子能量与入射γ光子能量、散射角的关系。

2．康普顿散射的微分截面

康普顿散射的微分截面的意义是：一个能量为hv的入射γ光子与原子中的一个核外电子作用后被散射到θ方向单位立体角里的几率（记作

d ( )d

，单位：cm2／单位立体角）为