Klub 44F - zadania IV 2011»Zadanie 509
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Klub 44F - zadania IV 2011
- Publikacja w Delcie: kwiecień 2011
- Publikacja elektroniczna: 31 marca 2011
- Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (160 KB)
W zjawisku Comptona obserwuje się promieniowanie rentgenowskie
rozproszone na swobodnych elektronach, przy czym zwykle zakłada się, że
początkowo elektrony były nieruchome. Przyjmijmy, że rozproszenie
następuje na elektronach w atomach wodoru, będących początkowo w stanie
podstawowym. Ile wynosi poszerzenie zakresu długości fali promieniowania
rozproszonego wstecz (
), wynikające z ruchu elektronów?
Wystarczy wynik przybliżony oparty na modelu Bohra, dla długości fali
promieniowania padającego równej

nm wynosi 12 keV,
czyli około 1000 razy więcej od energii wiązania elektronu. W bilansie energii
pominiemy więc energię wiązania, gdyż nie zależy ona od ruchu elektronów
i może powodować niewielką zmianę długości fali
rozproszonego
promieniowania, ale nie rozmycie widma. Zasada zachowania energii wyraża się
więc „zwykłym” równaniem
jest pędem elektronu wyrzuconego z atomu. Zasadę zachowania
pędu zapiszemy natomiast w postaci jednowymiarowej
jest początkowym pędem elektronu, a minus po prawej wynika
z danej wartości kąta rozproszenia kwantów
Jeśli elektron
krążył po pierwszej orbicie Bohra, to zależnie od zwrotu jego ruchu mamy
co – jak łatwo sprawdzić – jest wielkością około trzykrotnie
mniejszą od pędu fotonu. Do celów przybliżonej oceny możemy więc,
podnosząc równanie stronami do kwadratu, pozostawić tylko wyraz liniowy w
i po wyeliminowaniu
otrzymujemy
warto pamiętać, że
jest wielokrotnie
(137-krotnie) mniejsze od
a comptonowska długość fali elektronu
jest równa
, czyli znacznie mniej od
W wyniku przekształceń znajdujemy
W porównaniu z samym zwiększeniem długości fali równym
jest to wielkość mniejsza, ale nie pomijalnie
mała.