康普顿散射谱仪.

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康普顿散射

（2）由能量守恒，反冲电子所得动能为
Ek
hc
hc
6.63 1034
3.00
108
1010 (
0.5
1010 )
0.512
582eV
例2：在Compton散射中，散射电子与入射光子的夹角为
时，此电子的动能是多少？
解：能量守恒
h m0c2 h ' EK m0c2
h pc
pc p 'c EK
普朗克假定：物体发射或吸收电磁辐射只能以能量“量子” 方式进行。爱因斯坦光量子假设：电磁辐射场本身就是由以光速c运动的、局限于空间有限范围内的一个一个光量子（光子）组成。
康普顿散射实验：电磁波在与电子相互作用过程仍保持光量子方式。
康普顿效应是说明光的粒子性的另一个重要的实验。
观察X射线通过物质散射时，发现散射的波长发生变化的现象。
因为能量、动量守恒，碰撞中交换的能量和碰撞的角度
有关，所以波长改变和散射角有关。
0
2h m0c
sin 2
2
2c
sin 2
2
c 0.024A0
说明康普顿散射只有在入射波波长与电子的康难以观测普顿波长可以相比拟时，才是显著的。
0
400nm,
0.0048nm 0 105
0
0.05 nm,
康普顿散射公式
0
h m0c
(1
cos )
2h m0c
sin 2
2
此式说明：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；
波长改变随散射角增大而增加。
c
h m0c
,
c 0.0243A0
电子的康普顿波长
光子和散射物中的自由电子碰撞，光子的一部分能量传

康普顿散射现象

康普顿散射现象康普顿散射现象是指入射光子与物质中自由电子相互作用，发生能量转移并改变方向的现象。

这种现象是由美国物理学家康普顿在20世纪初发现的，后来被广泛应用于各种领域，如医学、物理学、天文学等。

康普顿散射现象的本质是能量守恒和动量守恒。

当入射光子与物质中自由电子相互作用时，光子的能量和动量会被转移给电子，从而使光子的波长发生变化，即发生散射。

这种散射过程是随机的，因此入射光子的方向也会改变。

康普顿散射现象的重要性在于它可以用来测量物质中的自由电子密度和能量。

在医学领域，康普顿散射现象被广泛应用于X射线成像。

X射线是一种高能量的电磁波，可以穿透人体组织，因此可以用于检查内部器官的情况。

当X射线穿过人体组织时，会发生康普顿散射现象，从而使X射线的强度和方向发生变化。

通过测量散射后的X 射线的能量和方向，可以推断出物质中的自由电子密度和能量。

在物理学领域，康普顿散射现象被用于研究物质的结构和性质。

通过测量入射光子的能量和方向以及散射后的光子的能量和方向，可以推断出物质中的自由电子密度和能量，从而了解物质的结构和性质。

在天文学领域，康普顿散射现象被用于研究宇宙射线的来源和性质。

宇宙射线是一种高能量的粒子，可以穿透地球大气层，因此可以用于研究宇宙的物理现象。

当宇宙射线进入地球大气层时，会与大气层中的分子发生康普顿散射现象，从而使宇宙射线的强度和方向发生变化。

通过测量散射后的宇宙射线的能量和方向，可以推断出宇宙射线的来源和性质。

总之，康普顿散射现象是一种重要的物理现象，被广泛应用于各种领域。

通过研究康普顿散射现象，可以了解物质的结构和性质，推断出宇宙射线的来源和性质，以及进行医学成像等应用。

康普顿散射

N
p
(θ
)
=
N (θ )R(θ )η(θ
)
4π Ω
将式（6）代入式（11）则有：
N p (θ )
=
dσ (θ ) dΩ
R(θ )η(θ )
4π Ω
N 0 N eΩf
由式（12）可得：
dσ (θ ) =
N p (θ )
dΩ R(θ )η(θ )4πN0 Ne f
（8）（9）（10）（11）（12）（13）
般用相对比较性求得微分截面的相对值 dσ (θ ) / dσ (θ0 ) ，如假定散射角θ = 0° 的微分散射 dΩ dΩ
截面的相对值为 1，其它散射角θ 的微分散射截面与其之比为
dσ (θ ) / dσ (θ0 ) = N p (θ ) / N p (θ0 ) dΩ dΩ R(θ )η(θ ) R(θ0 )η(θ0 )
别取：θ = 20°,40°,60°,80°,100°,120° 。
5. 测量上述散射角的本底谱。取下散射棒，记下和步骤 4 中相同时间内相同道数区间的本底面积。
6. 导出微分散射截面与散射角θ 的关系，以及散射 γ 光子的能量与散射角θ 的关系。
思考题 1. 分析本实验的主要误差来源，试述有限立体角的影响和减少实验误差的方法。 2. 讨论实验值与理论值不完全符合的原因。
（14）
由式（14）可看出，实验测量的就是 N p (θ ) 。由表 1 和表 2 给出的数据，用内插法或作图
法求出 R(θ ) ，η(θ ) ，R(θ0 ) ，η(θ0 ) ，就可以求出微分散射截面的相对值。注意， N p (θ )
和 N p (θ0 ) 的测量条件必须相同。
E/Mev
η(θ )

大学物理：13-3 康普顿效应

若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少,于是散射光的波长大于入射光的波长。
E hv c / v
若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长的改变和散射角有关。
康普顿效应作出了重要贡献。
吴有训的康普顿效应散射实验曲线：
散射角 1200
曲线表明： 1、与散射物质无关，仅与散射角有关。
2、轻元素 I I0，重元素 I I0 。
吴有训工作的意义：证实了康普顿效应的普遍性证实了两种散射线的产生机制：
－外层电子（自由电子）散射 0 －内层电子（整个原子）散射
对证实康普顿效应作出了重要贡献
在康普顿的一本著作 “ X Rays in theory and experiment ” （1935）中，有19处引用了吴有训的工作。书中两图并列作为康普顿效应的证据。
20世纪50年代的吴有训
吴有训（1897—1977）物理学家、教育家、
中国科学院副院长， 1928年被叶企孙聘为清华大学物理系教授，曾任清华大学物理系主任、理学院院长。
(c) 度
强
(b) 对
相
(d)
康 (a)
系
的关
度
角
与
散射
普顿
2. 光子理论的解释
根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。光的波动理论无法解释康普顿效应。
2.1 光子理论对康普顿效应的解释

康普顿背散射原理

康普顿背散射原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊康普顿背散射原理。

这玩意儿啊，就像是一场奇妙的物理舞会！你看啊，光就像一个活泼的小精灵，在物质的舞台上跳跃。

当它撞上那些原子、分子这些“小舞者”的时候，就会发生一些神奇的事情。

康普顿背散射原理说的就是光和物质相互作用的这么一个过程。

咱可以把光想象成一个调皮的小孩子，一路奔跑着。

而那些原子啊分子啊，就是一个个小堡垒。

光这个小孩子撞到小堡垒上，不仅自己的方向会改变，还会把一部分能量传递给小堡垒呢！这就像是小孩子在玩耍时撞到了墙上，自己弹开了，还让墙也晃动了一下。

这可太有意思啦！在我们的生活中，康普顿背散射原理其实也有着不少应用呢。

比如说，在医学上，医生们可以利用它来检测我们身体里的情况。

这就好像是有一双神奇的眼睛，能透过我们的身体看到里面的秘密。

再想想，如果没有这个原理，我们对世界的认识岂不是少了很多精彩？那可不行啊！康普顿背散射原理就像是一把打开未知世界大门的钥匙，让我们能看到更多奇妙的景象。

它是不是很神奇呢？就像一个隐藏在物理世界里的宝藏，等待着我们去发掘。

我们的科学家们一直在努力探索，利用这个原理来创造更多的价值。

它也让我想到，生活中很多看似普通的事情，背后其实都有着深刻的道理和规律。

就像康普顿背散射原理一样，一开始可能觉得很复杂，但只要我们用心去理解，就能发现其中的美妙之处。

所以啊，朋友们，不要小瞧任何一个小小的现象，说不定它背后就隐藏着一个能改变世界的大秘密呢！康普顿背散射原理不就是这样一个例子吗？它虽然是物理学中的一个概念，但却有着无比重要的意义和价值。

让我们一起继续探索这个神奇的物理世界吧，说不定下一个伟大的发现就在等着你我呢！。

康普顿效应

2-4 光的波粒二象性
光电效应以及康普顿效应无可辩驳的证实了光是一种粒子．
爱因斯坦
康普顿
光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性
当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，将感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样的照片呢？为什么会有这种现象？
点击观看动画
当光源和感光胶片之间不可能同时有两个和多个光子时，长时间曝光得到的照片仍然和光源很强、曝光时间较短时一样，则光的波动性不是光子之间的相互作用引起的．波动性是光子本身的一种属性
物体的波长物体的动量
人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波．
德布罗意
h h p mc 2 c c C
又因为：

c

h
所以：
p

h p
宏观物体的德布罗意波的波长比微观粒子的波长小的多，很难观察到它们的波动性，但是微观粒子的情形完全不同，1927年，两位美国物理学家利用观察“电子束照射到晶体晶格上发生的衍射现象”证实了德布罗意的假设．
经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难:
根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。无法解释波长改变的现象。
光子理论对康普顿效应的解释
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下： 1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
•康普顿将0.71埃的X光投射到石墨上，然后在不同的角度测量被石墨分子散射的X光强度。当θ=0时，只有等于入射频率的单一频率光。当θ≠0（如45°、90°、135°）时，发现存在两种频率的散射光。一种频率与入射光相同，另一种则频率比入射光低。后者随角度增加偏离增大。

康普顿散射实验(pdf文档)1

长。但是，康普顿却在 X 射线与物质散射的实验里发现，在被散射的 X 射线中，除了与入射 X 射线具有相同波长的成分外，还有波长增长的部分出现，且增长的数量随散射角θ的不同而有所不同，这是经典电磁理论无法解释的，因而被称为康普顿效应。
图1
康普顿散射原理示意图
康普顿把观察到的现象理解为光子与自由电子碰撞的结果。如图 7 所示，他假定 X
Arthur Holly Compton (1897-1977)
1927 年获诺贝尔物理学奖得主
光谱曲线和康普顿本人在 1923 年最早发表的石墨散射曲线一起，一直被人们作为说明康普顿效应的经典插图
被广为引用，由此，康普顿效应又被广泛称为康普顿-
吴有训效应。
康普顿散射效应是光与物质相互作用的三种效应之
康普顿散射实验原理
关键词：γ光子康普顿散射微分截面
正文：
1922 年，美国物理学家康普顿(A. H. Compton)在研究石墨中的电子对 X 射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，这种现象无法用经典电磁理
论解释，被称为康普顿散射或者康普顿效应。根据爱因
斯坦的光量子学说，光子和电子、质子这样的实物粒子
dσ c dΩ
=
1 2
rc2
⎜⎛ ⎝
hν ′ hν
⎟⎞ 2 ⎠
⎜⎛ ⎝
hν hν ′
+
hν ′ hν
−
sin
2
θ
⎟⎞ ⎠
(4)
把前面的能量公式(7-6-2)代入，康普顿散射微分截面可以改写为
dσc dΩ
=
1 2
rc2
⎪⎧ ⎨ ⎪⎩ ⎡⎣1 + γ
1

康普顿效应Comptoneffect康普顿散射（Comptonscattering）

康普顿效应Comptoneffect康普顿散射（Comptonscattering）短波电磁辐射(如X射线，伽玛射线)射入物质而被散射后，除了出现与入射波同样波长的散射外，还出现波长向长波方向移动的散射现象。

1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长l0的x 光外，还产生了波长l>l0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。

这种现象称为康普顿效应(compton effect)。

康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。

这在物理学发展史上占有极端重要的位置。

吴有训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了X射线散射中变线、不变线的强度比率R随散射物原子序数变化的曲线，证实并发展了康普顿的量子散射理论。

实验结果：(1)散射光中除了和原波长λ0相同的谱线外还有λ>λ0的谱线。

(2)波长的改变量Δλ=λ-λ0随散射角φ(散射方向和入射方向之间的夹角)的增大而增加.(3)对于不同元素的散射物质，在同一散射角下，波长的改变量Δλ相同。

波长为λ的散射光强度随散射物原子序数的增加而减小。

康普顿利用光子理论成功地解释了这些实验结果。

X射线的散射是单个电子和单个光子发生弹性碰撞的结果。

碰撞前后动量和能量守恒，化简后得到Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(/θ2)称为康普顿散射公式。

λ=h/(m0c)称为电子的康普顿波长。

康普顿散射只有在入射光的波长与电子的康普顿波长相比拟时，散射才显著，这就是选用X射线观察康普顿效应的原因。

而在光电效应中，入射光是可见光或紫外光，所以康普顿效应不明显。

康普顿散射仪的主体和实验时的状态康普顿散射谱仪的铅室内有光子的发射源137Cs康普顿效应与光电效应的区别：光电效应作用于内层电子，光子本身消失，能量完全转移给电子；康普顿效应发生在束缚最松的外层电子上，光子只损失一部分能量。

康普顿散射散射光子及微分截面与散射角的关系

康普顿散射光子能量及微分截面的测量[实验目的]1.理解康普顿散射及微分截面的概念；2.熟练掌握康普顿散射光子及微分截面的计算；3.掌握康普顿散射微分截面测量方法。

[实验内容]1.利用康普顿散射谱仪测量康普顿散射微分截面及散射光子的能量。

2.在同一坐标中作出康普顿散射微分截面及散射光子的能量的理论值与实验值，并比较。

[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。

散射时，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。

如图一所示，其中h ν是入射γ光子的能量，h ν'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。

图1 康普顿散射示意图由于发生康普顿散射的γ光子能量比电子的束缚能要大的多，所以入射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，并视为散射发生以前电子是静止的，动能为0，只有静止能量m 0C 2，散射后，电子获得速度V，此时电子的能量m E =,动量为mmv = , 其中β＝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：eE 反冲电子20m m c h h νν'+=…………………………………………(1)'cos cos h h c c ννφθ=+∙ (2)'sin sin h cνθφ= (3)由(1)(2)(3)式可得出：20'1(1cos )h h h m c νννθ=+- (4)其中h ν/c 是入射γ光子的动量，h ν'/c 是散射γ光子的动量，此式就表示散射γ光子能量与入射γ光子能量及散射角的关系。

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h ν的入射γ光子与一个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 σθΩ。

康普顿效应

原子量小的物质，原子实对外层电子的束缚弱,所以康普顿效应明显。原子量大的物质，康~不明显。
4.康普顿散射公式
假设光子与电子发生完全弹性碰撞。
h 0 p0 e0 c
e m0

h p e c
j
自由电子（静止）
能量守恒
动量守恒
h 0 m 0c
2
h e0 e mv c c
m m0 / 1v
2
反冲电子质量
/c
2
解得： Δλ
λ λ0
c ν

c ν0

12
h m 0c
( 1 cos θ) λ ( 1 cos θ)
c
λc
h m0 c
2 .34 10
m 为康普顿波长
5.说明几点
P

mv
'
其中
'
由
'
h m 0c
1 cos
j
求得
(j 90 )

（2）由动量守恒的矢量图知 P ' 1 1 P ' tg tg ' P 解（1）由
' h
h m 0c
P

2
1 cos
j ,已知 j
mv
mec 根据：E k h h ' 9 . 42 10 17 ( J ) 1 P ' 44 . 0 （2） tg P

4.P150-22 设康普顿效应中入射 X 射线波长 =0.70nm ，散射线与入射线相垂直，求反冲电子的动能 Ek；反冲电子的运动方向偏离入射 X 射线的夹角 ( h 6 . 63 10 34 J s ; m e 9 . 11 10 31 kg ). 。

康普顿散射现象

康普顿散射现象康普顿散射现象是物理学中的一个重要现象，它是指入射光子与物质原子相互作用时，光子的能量部分转移给原子中的自由电子，导致光子的散射。

康普顿散射现象最早是由美国物理学家康普顿在20世纪20年代发现的。

他利用X射线对物质进行研究时，发现X射线的散射角度与入射角度不同，而且散射光子的能量也有所改变。

通过对散射光子的能量和角度的测量，康普顿成功地解释了这一现象。

他提出了一个简单的公式来描述康普顿散射的能量转移，这个公式成为了现代物理学中的基本公式之一。

康普顿散射的机制非常复杂，它涉及到光子与原子中的自由电子发生相互作用的过程。

当一个光子进入物质时，它会与物质中的原子相互作用。

光子的电磁波场会激发原子中的自由电子，导致电子发生振动。

这个过程会导致光子的能量部分转移给电子，使得光子的波长增加，频率降低。

最终，散射光子的能量和波长会与入射光子不同。

康普顿散射现象在物理学中有着广泛的应用。

它可以用来研究物质的结构和组成，也可以用来测量物质的密度和厚度。

康普顿散射还可以用来研究宇宙射线和天体物理学中的一些问题。

此外，康普顿散射还被用于医学影像学中，例如X射线断层扫描（CT）和正电子发射断层扫描（PET）等技术中。

康普顿散射现象的研究也带来了一些重要的物理学理论。

例如，康普顿散射的能量转移过程是量子力学中的重要问题之一。

量子力学中的康普顿效应理论可以用来描述光子与物质相互作用的量子力学过程。

此外，康普顿散射现象也与相对论物理学有关。

康普顿效应的解释需要引入相对论量子力学的概念，例如质量能量关系和动量守恒等。

总之，康普顿散射现象是物理学中的一个重要现象，它不仅带来了重要的物理学理论，还有着广泛的应用价值。

未来，随着科学技术的不断发展，康普顿散射现象的研究将会更加深入，为我们认识世界带来更多的启示。

Gamma_谱仪系统介绍讲课文档

（1）核素衰变特性决定活度与射线数量之
间关系(分支比)
（2）测量方法的绝对效率决定测量射线数量与发出射线数量间关系
（3）通过（1）和（2）间的关系，即可通过测量射线数量导出测量样品的活度
第37页，共58页。
射线与物质的主要相互作用
➢ 光电效应 ➢ 康普顿散射
➢ 电子对效应
第38页，共58页。
光电效应和谱特性
第52页，共58页。
高纯锗(HPGe)谱仪的能谱
第53页，共58页。
谱分析软件的基本功能
• 寻峰 (Peak Search)
• 自动能量刻度和效率刻度 (Energy & Efficiency Calibration) • 峰面积计算(Peak Area) • 本底扣除 (Background Subtraction)
室
铅室
＜60年
10cm厚低本底铅
15cm厚，内衬 2.5cm超低本底铅
本底计数率
3－10cps
1-2cps
<1cps
X射线屏蔽
stainless steel/Pb /Sn/Cu/Plastic 多层屏蔽
stainless steel/Pb /Sn/Cu/Plastic 多层屏蔽
第26页，共58页。
747顶开门低本底铅室
LabSOCS无源效率刻度
> 刻度简单、快速、经济、易行
> 不受刻度源衰变的影响
> 测量精度的影响分析，优化测量条件
> 适合于不同类型的测量样品 > 源—探测器相对位置：0~500米，4立体角
> 能量范围：10keV~7000keV
> 实验室条件刻度精度：7.1%（<150keV）；6.0%（

康普顿散射

（2）
因此实验中需要测量不同角度下的散射光子能量值和相应的光电峰计数
实验仪器
康普顿散射实验台(包括台面、带放射源137Cs的铅室、散射样品铝棒和NaI探头)和微机幅度多道分析器组成了康普顿散射实验装置。框架图如图所示。
实验仪器
实验内容
1、在θ =0时用137Cs(0.662MeV)和60Co（1.17MeV、 1.33MeV）做出定标图 2、放上137Cs ，分别在θ =20、40、60、80、120o 测量散射光子能谱即总谱，记录光电峰峰位、上下边界道数和总峰面积的值 3、拿下放射源，重复上一步，测背景
1 1 cos
谢谢！
制作小组：荣永森 2009301230025 孙倩倩 2009301230027 罗成志 2009301230028 白凤鹏 2009301230029
误差分析
1、hv’测量中的误差主要来源： I)仪器在测量过程中散射γ光子峰位漂移： 2)调整散射角θ的偏差： 3)能量刻度曲线引起的误差。 2、微分截面测量中的误差主要来源： 1)所取光电峰峰位道数不准而产生的峰面积计数误差： 2)峰面积计数的统计误差： 3)η（θ）和R（θ）引用的参照数据，与该实验的条件不完全一致：
实验原理-小结
由上面的分析可知，本实验需要验证的公式有两个： h h 1 1 cos h （1） m0 c 2
N p N p 0 d c / d / d c 0 / d R R 0 0
20
370
421
321
6063
323
5740
40
302
357
256
4958
275

光的波粒二象性实验：康普顿散射和光的波动性

光的波粒二象性实验：康普顿散射和光的波动性引言：光是一种看似矛盾的现象，既可以被看作波动也可以看做粒子。

康普顿散射实验证明了光的粒子性，而光的波动性是通过一系列实验得出的结论。

本文将讨论康普顿散射和光的波动性实验证明光的波粒二象性的重要性。

一、康普顿散射实验康普顿散射实验是爱因斯坦提出的实验，旨在验证电子与光子之间的相互作用。

这个实验通过研究光的散射来揭示光的粒子性。

康普顿散射实验装置由源、散射体和探测器组成。

光子从源发射，经过散射体与电子发生碰撞后发生散射，最后被探测器检测到。

通过测量散射后光子的偏移角度和能量差别，可以获得电子的质量以及光的波长。

康普顿散射实验的结果表明，光子与电子相互作用时，可以看作是一种粒子和粒子之间的碰撞，从而验证了光的粒子性。

这一实验为了解光的本质和量子物理奠定了基础。

二、光的波动性实验光的波动性实验是为了验证光的波动特性。

其中最著名的实验是杨氏双缝实验。

杨氏双缝实验是Young于1801年提出的实验，利用一块障板，在其上钻有两个小孔，从一个光源照射光线，光通过小孔后，形成一系列干涉条纹。

这一实验观察到的干涉现象表明光具有波动性。

另一个重要的光的波动性实验是菲涅尔衍射实验。

菲涅尔衍射实验使用单缝装置，将光通过一个狭缝射向障板，观察到的衍射现象也证明了光的波动性。

通过这些实验可以看出，光的波动性是光学现象的重要特性。

这种波动性的存在使得光能够传播、干涉和衍射，从而形成了丰富多样的光学现象。

结论康普顿散射实验和光的波动性实验证明了光的波粒二象性。

光既可以被看作粒子，也可以被看作波动。

这种二象性的存在，使得我们可以用不同的角度来研究光的本质。

通过康普顿散射实验，我们深入了解到了光子的行为规律，验证了光的粒子性。

而光的波动性实验，尤其是杨氏双缝实验和菲涅尔衍射实验，揭示了光的波动特性，使我们更好地理解了光的传播和干涉衍射现象。

光的波粒二象性的实验证明了光学和量子物理的前沿领域。

21.2.光电效应,康普顿散射

●
康普顿效应的定量分析
Y
h 0
Y h X
m0
h n c
e
（1）碰撞前
mv

h 0 n0 c
X
mv
（3）动量守恒
X
（2）碰撞后
碰撞前，电子平均动能（约百分之几eV），与入射的X射线光子的能量（104-105eV）相比可忽略，电子可看作静止的。
2 2 h m c m c h 由能量守恒: 0 0
9.6 10 Hz
14
例：已知铯的红限波长o=6500Å，今有波长为 = 4000Å 的光投射到铯表面，试问: 1）由此发射出来的光电子的速度是多少? 2）要使光电流为零，截止电压为多大? 解： 1）由光电效应方程
1 hc hc 1 2 2 mυ h m A 2 o 2 代入数据求得： = 6.5×105 ( m/s ) c = 1 2 2）由公式 mυ eU 0 31 m 9 . 11 10 2
h 0 h n0 n mv 由动量守恒: c c
h n c

h 0 n0 c
Байду номын сангаас 0 n co s
m
m0 v 1 2 c
2
mv
X
2h h 2 0 sin (1 cos ) m0c 2 m0c
h 令 c 电子的康普顿波长 m0c
(a)
0
0
石墨的 (b) 康普顿 (c) 效应
1.散射X射线的波长中有两个峰值 0
0
45
2. 0 随散射角增大而增加
3.不同散射物质，在同一散射角下波长的改变相同。

利用X射线实验仪测量验证康普顿散射实验

利用X射线实验仪测量验证康普顿散射实验
0519076 杨昱昊
实验原理
康普顿与康普顿效应
康普顿散射前后波长的变化
2h 2 2 2 1 sin 2c sin me c 2 2
材料对X射线吸收规律

X射线强度透过物质的衰减——Lambert定律
I 系中的待定常数

测量已知波长的X射线（钼靶的特征谱线）穿过吸收片时的透射率多组数据代入透射率~波长关系式中，反解公式中的系数
n 2.91 29 9.88 10
-11 7.11 10 m T 6.2% -11 6.32 10 m T 13.9%
可以通过测量x射线透过吸收片的透射率来确定x射线的波长德国莱宝公司生产的x射线实验仪x光管阳极材料钼靶散射晶体nacl晶体吸收片材料铜镐测量已知波长的x射线钼靶的特征谱线穿过吸收片时的透射率多组数据代入透射率波长关系式中反解公式中的系数11117111062632101392929198810计数率透射率波长实验测量值和理论期望值基本符合但仍有一定的相对偏差利用材料对x射线吸收规律通过x射线穿过吸收片的透射率来确定波长测量了康普顿散射散射前后的波长变化在一定误差范围内验证了康普顿散射的波长位移
质量吸收系数
um
u

um k Z
n
3
透射率和波长关系
I n T e I0
意义：可以通过测量X射线透过吸收片的透射率来确定X射线的波长
, n ?
实验测量确定
实验设备
实验仪器

德国莱宝公司生产的X射线实验仪
实验材料
X光管阳极材料——钼靶散射晶体——NaCl晶体吸收片材料——铜、镐

康普顿散射在材料无损评价中的应用前景_李志海

2005年 10月第 28卷第 10期
重庆大学学报 (自然科学版 ) Journal of Chongqing Unive rsity(Nɑ tu rɑl Sc ience Edition)
文章编号 :1000 - 582X(2005)10 - 0031 - 05
Oc.t 2005 V o.l 28 No. 10
图 4 碳纤维复合材料的康普顿背散射图
图 3 康普顿散射成像系统几何配置示意图
在此配置中 , 由两准直器所限定的体积 V 内部可
向所有方向散射光子 , 向着探测器散射的光子数可给出为[ 13] :
S =d(deΨσ)ΔΨnΔLN 0 ,
(5)
图 5 带铝面板的铝蜂窝结构件的康普顿背散射图
与工业射线 CT 系统相比 , 康普顿散射成像技术的优点是 :
Δλ=λθ - λ0 =(h m/ c)(1 - cosθ), (2) 把 h、m 、c的值代入式 (2), 即得
Δλ=λθ - λ0 =2. 43 ×10-3 (1 - cosθ) (nm).
(3)
由此可见 , 波长差仅与散射角 θ有关 , 与入射线的
波长无关. 这就是著名的康普顿效应.
康普顿散射过程中会产生散射光子和反冲电子
相技术 , 它利用背散射辐射 , 能提供被探测物体缺陷的全部深度信息 ;能同时给予多个不同材料的组合体成像 ;重建图像的算法比较简单 :探测到的背散射光子数进入计算机存储 , 通过重建公式的计算 , 求出物体各点的电子密度 , 再对电子密度进行重排 , 就可获得整个被探测物体的信息 [ 8 - 12] . 图 3为康普顿散射成像系统的几何配置示意图.
由式 (5)也可以看出 , 探测器测定的康普顿背散射辐射量与散射体积的原子序数和密度有关. 为了分析通过 V中心的横向截层中不同部位散射量的分布 , 可使射线源与探测器相对固定 , 而平移被探测物体 ;为了分析通过 V 中心的纵向截层中不同部位散射量的分布 , 可使射线源位置固定而仅平移探测器 , 或采用探测器阵列.

我的实验报告之能量刻度

实验名称:能量刻度一实验目的1.掌握用一套标准源对谱仪进行能量刻度的方法；2.练习使用Origin画图软件画图、保存模版、拟合等。

二实验仪器1.包含闪烁体、光电倍增管、射级输出器、线性放大器、高压电源等的探头和仪器BH1324 MCA；2.多道分析器一台；3.标准源137Cs和60Co各一个。

实验仪器图如下所示图1 NaI（Tl）闪烁谱仪装置示意图三实验原理1.γ射线与物质的相互作用γ射线、韧致辐射、湮没辐射和特征x射线等，虽然它们的起源不一、能量大小不等，但都属电磁辐射。

电磁辐射与物质相互作用的机制，与这些电磁辐射的起源是无关的，只与它们的能量有关，所以我们这里讨论的γ射线与物质的相互作用规律，对其它来源产生的电磁辐射也是适用的。

γ射线与物质的相互作用和带电粒子与物质的相互作用有着显著的不同。

γ光子不带电，它不象带电粒子那样直接与靶物质原子电离或激发，或者发生导致辐射损失的那种碰撞，因而不能像带电粒子那样用阻止本领dE／dx和射程来描写光子在物质中的行为。

带电粒子主要是通过连续地与物质原子的核外电子的许多次非弹性碰撞逐渐损失能量的，每一次碰撞中所转移的能量是很小的(小能量转移碰撞)。

而γ光子与物质原子相互作用时，发生一次相互作用就导致损失其大部或全部能量(大能量转移)，光子不是完全消失就是大角度散射。

γ射线穿过物质时，它的强度按指数规律衰减。

γ射线与物质相互作用，可以有许多种方式。

当γ射线的能量在30Mev以下时，在所有相互作用方式中，最主要的三种是：(1)光电效应γ光子与靶物质原子相互作用，γ光子的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些电子从原子中发射出来，γ光子本身消失。

(2)康普顿效应(又称康普顿散射)入射γ光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化。

(3)电子对效应Y光子与靶物质原子的原子核库仑场作用，光子转化为正—负电子对。