康普顿散射.doc

()的X射线散射实验(康普顿散射)从实验上证实了光子是具有能量和动量的粒子。在微观的光子与电子的相互作用过程中,能量与动pk,E,,量守恒仍然成立。康普顿散射实验在近代物理学发展史上起了重要作用,在研究核辐射粒子与物质的相互作用时发挥了重要的作用,在高能物理方面它至今仍是研究基本粒子结构及其相互作用的一个强有力的工具,并且为独立测定普朗克常数提供了一种方法。1927年康普顿因发现X射线被带电粒子散射而被授予诺贝尔物理学奖。【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(康普顿散射散射光子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入射光子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,而散射光子的反冲电子能量和运动方向发生变化。-1康普顿散射示意图当入射光子与电子发生康普顿效应时,-1所示,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2静止的,动能为0,只有静止能量mc。散射后,电子获得速度v,此时电子的能量02222,动量为,其中,c为光速。,,vc/mvmv,,/1,Emcmc,,,/1,00用相对论的能量和动量守恒定律就可以得到222,(,1)mchmch,,,/1,,,,002,(,2)hcmvhc,,,,/cos/1cos/,,,,0式中,hν,c是入射γ光子的动量,hν′/c是散射γ光子的动量。2,(,3)hcmv,,,sin/sin/1,,,0由式(,1)、(,2)、(,3)可得出散射γ光子的能量h,(,4),h,,h,1(1cos),,,2mc0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d,,()2子作用后被散射到θ方向单位立体角里的几率(记作,单位:cm,单位立体角)为d,,,rdhhh,,,,,()220(,5),,,()(sin),,dhhh,2,,,-13式中r=×10cm,是电子的经典半径,式(,5)通常称为“克来茵一仁科”公式,0此式所描述的就是微分截面与入射γ光子能量及散射角的关系。本实验采用NaI(Tl)闪烁谱仪测量各散射角的散射γ光子能谱,用光电峰峰位及光电峰dd,,()/,面积得出散射γ光子能量hv,并计算出微分截面的相对值。dd()/,,,0dd,,()/,,3(散射γ光子的能量及微分散射截面的相对值的实验测定原理h,dd()/,,,0,(1)散射γ光子的能量的测量h,?对谱仪进行能量刻度,作出能量—道数的曲线。?由散射γ光子能谱光电峰峰位的道数,在步骤?中所作的能量—道数刻度曲线上查出散射γ光子的能量hv′。注意:实验装置中已考虑了克服地磁