康普顿-吴有训效应

Question

如题所述

Answer 1

随着γ光子能量的增加,产生光电效应的几率将逐渐减小,而γ光子与原子中电子的散射将逐渐成为主要的作用方式。

当能量为hν的γ光子与原子中的一个电子发生弹性碰撞时,γ光子将部分能量交给电子,使得电子与入射光子成某一角度φ散射出去,该电子称为反冲电子。而被减弱的γ光子也改变方向,与入射光子成某一角度θ散射出去,能量减少为hν′,该光子称为散射光子。这种作用以前称为康普顿散射,由于中国的吴有训(1950年曾任中科院近代物理研究所所长和中科院副院长等职)对该效应有重大改进,所以又称康普顿-吴有训效应,简称康-吴散射。如图2-7所示。

图2-7 γ射线康-吴散射示意图

散射光子能量(hν′),反冲电子动能(E_e)与入射光子能量(hν)及散射角(θ)之间有如下关系式：

放射性勘探技术

式中：m₀c₂——电子静止质量能(m₀为静止的电子的质量,c为光速,m₀c₂=0.51MeV)。

由于发生康-吴散射时,入射光子能量较大,电子电离能较小,所以电子在反冲时得到的能量即为反冲电子的动能(E_e),即

放射性勘探技术

当入射能量hν一定时,散射角θ越大,cosθ越小,1－cosθ越大,公式(2-9)的分母越大,则散射光子能量hν′就越小；散射角θ一定时,入射光子能量hν越大,0.51/hν越小,公式(2-9)的分母越小,则散射光子能量hν′就越大。在垂直方向上θ=90°,cosθ=0,

,此式中分母始终＞1,表示散射光子能量hν′不会超过0.51MeV；在反方向上θ=180°,cosθ=－1,

,此式分母始终＞2,故散射光子能量hν′不会超过0.51/2=0.25MeV。

由式(2-10)可知,反冲电子的动能(E_e)与入射光子能量hν以及散射角θ有关。反冲电子的动能(E_e)随散射角θ减小而减小。这是因为θ越小,1－cosθ越大,公式(2-10)中分母的分母越大,分母越大,E_e就越小。

图2-8是散射光子能量、反冲电子动能和角度(散射角θ与反冲角φ)的关系的向量图,由图2-8可形象地看出它们之间的关系。

图2-8 康-吴散射中散射光子与反冲电子之间的角度分布关系图

(a)入射光子能量为2.55MeV时的情况；(b)入射光子能量为0.64MeV时的情况

当散射角θ=180°时,反冲角φ=0°,电子向前反冲,具有最大动能,而散射光子能量最低,称为反散射射线。

当散射角θ=0°时,反冲角φ=90°,反冲电子动能为零,其物理意义是电子不受反冲,即没有反方向(φ＞90°)的反冲电子。

发生康-吴散射时,入射光子能量一部分传给反冲电子,另一部分能量由散射光子带走。康-吴散射是在入射光子中等能量条件下发生的“弹性散射”,这是由光的粒子性决定的。