Comptonův rozptyl

Z WikiSkript

Comptonův rozptyl popisuje srážku fotonu s např. elektronem za následné změny vlnové délky vzniklého fotonu.

Comptonův rozptyl
Zjednodušené schéma Comptonova jevu

Historie[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

V roce 1905 zavedl Albert Einstein myšlenku korpuskulárně vlnového charakteru částic pro vysvětlení fotoelektrického jevu. Vzhledem k tomu, že podle ní bylo možné foton pokládat zároveň za vlnění i částici, mělo by docházet mezi ním a například elektronem k interakcím, které by svým charakterem odpovídaly pružným srážkám, při niž dochází v rámci izolované soustavy k zachování celkové hybnosti a energie.

Schéma Comptonova experimentu

Avšak dle představ klasické fyziky by po srážce fotonu s elektronem měl být elektron rozkmitán frekvencí dopadajícího fotonu a následně vyslat fotony opět se stejnou frekvencí.

Roku 1922 se rozhodl tuto teorii prověřit Arthur Holly Compton. Vytvořil experiment s rozptylem rentgenového záření na volných elektronech. Bylo třeba využít dopadu záření na materiály s velmi slabě vázanými elektrony. Rentgenové záření (λ = 0,07 nm ) dopadalo na uhlíkový terčík. Compton byl schopen zachytit zdvojené spektrální čáry: jedna odpovídala původní vlnové délce (rozptyl na pevně vázaných elektronech), druhá měla vlnovou délku vyšší (rozptyl na volných elektronech). Byla tak experimentálně potvrzena správnost Einsteinovy teorie a Compton roku 1927 získal Nobelovu cenu za fyziku.

Comptonův posun[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Existence druhé vlnové délky byla vyjádřena rovnicí pro Comptonův posun:

\lambda'-\lambda=\frac{h}{m_0c}(1-\cos\varphi).

λ... vlnová délka fotonu před srážkou

λ´ … vlnová délka fotonu po srážce

φ … úhel rozptylu

h/m0c... Comptonova vlnová délka (pro elektron = 2,4262 · 10-12 m)

Dodatky k teorii[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Teoreticky ke Comptonovu jevu dochází při každé srážce fotonu s elektronem, je-li však hmotnost fotonu velmi malá v porovnání s hmotností elektronu, je tento posun minimální. Vzhledem k tomu lze Comptonův jev pozorovat pouze za použití záření s vysokou hmotností fotonů, např. záření rentgenové nebo gama.

Demonstrace Comptonova jevu při použití gama záření

Sekundární foton se vychyluje v intervalu 0–180° a na odchylce je závislá jeho energie. Pokud dochází ke zpětnému rozptylu (tj. 180° úhel), má foton nejmenší energii. Sekundární foton může být schopen znovu opakovat jev, pokud má dostatečnou energii, nebo zaniká fotoelektrickým jevem.

Využití[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Comptonova jevu se využívá v mnoha vědních oborech. Jako příklad můžeme uvést zejména radioterapii (cílené poškozování DNA např. rakovinných buněk), spektroskopii (detekce ionizujícího záření) a astronomii (Comptonova gama observatoř).

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Použitá literatura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • NAVRÁTIL, Leoš, et al. Medicínská biofyzika. 1. vydání. Praha : Grada, 2005. 524 s. s. 351-352. ISBN 80-247-1152-4.
  • BENEŠ, Jiří, et al. Základy lékařské biofyziky. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2007. 202 s. s. 183-184. ISBN 978-80-246-1386-4.

Externí odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]