Жаратылыстану факультеті
жүктеу/скачать 128.65 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тақырыбы: Комптон тәжірибелері Орындаған:Әлиасқар Ақарыс Тобы:ЖФЗ-111 Түркістан 2024ж Жоспар
- Комптон тəжірибелері.
|
Қожа Ахмет Яссауи атындағы халықаралық қазақ-түрік университеті Жаратылыстану факультеті Физика кафедрасы БӨЖ Тақырыбы: Комптон тәжірибелері Орындаған:Әлиасқар Ақарыс Тобы:ЖФЗ-111 Түркістан 2024ж Жоспар: 1.Комптон тәжірибелері 2.Комптон эффектінің теориясы 3.Алынған нәтижелерді талдау Комптон тəжірибелері. Комптон (1923) фотонға энергия мен импульс тəн екенін бақылауға мүмкіндік беретін құбылысты ашты. Бұл тəжірибенің нəтижелері – электромагниттік сəулеленудің өзінің кванттық табиғаты туралы Эйнштейн гипотезасының тағы да бір нанымды дəлелі. Комптон үлгілердегі, жеңіл атомдардан, мысалы, графит, парафин жəне т.б. құралатын қатты ретгендік сəулеленудің шашырауын зерттеді. Оның қондырғысының сызбасы 1.10- суретте көрсетілген. Рентгендік сəулеленудің көзі ретінде молибденнен жасалған антикатоды бар рентгендік түтікше алынған. D1 жəне D2 диафрагмалары жіңішке монохроматтық рентгендік сəулеленулер шоғырын шығарады. Олар артынша зерттелетін О үлгіге түседі. Шашыраған сəулеленудің спектрлік құрамын зерттеу үшін ол бірқатар диафрагмалардан 24 өткеннен соң рентгендік спектрографтың К кристалына, сонан соң С есептеуішке (немесе фотопластинкаға) түседі. Комптон, шашыраған сəулеленуде бастапқы λ толқын ұзындығымен қатар, толқын ұзындығы λ′ >λ болатын, ығысқан сызықтың пайда болатындығын ашты. Бұл комптондық ығысу атауына ие болды, ал құбылыстың өзі – Комптон эффекті деп аталды. Тəжірибе бақыланатын комптондық ығысу түсетін сəулеленудің λ толқын ұзындығына жəне шашыратушы үлгінің материалына тəуелді емес, ол тек түскен жəне шашыраған сəулеленулердің бағыттарының арасындағы бұрышпен анықталатындығын көрсетті (1.10-суретті қара). Бұрыш артқан сайын ығысқан компоненттің интенсивтілігі өседі, ал ығыспағандыкі – кемиді. 1.11-суретінде бұл толқын ұзындығы 0,071 нм болатын, - сызықтары делінетін молибден үшін əртүрлі шашырау бұрыштарындағы графиттегіөлшеу нəтижелері арқылы көрсетілген. Сол жақта бастапқы сəулеленудің сызығының пішіні көрсетілген (яғни, толқын ұзындықтары бойынша интенсивтіліктің спектрлік таралуы). Оң жақта – əртүрлі шашырау бұрыштары кезіндегі шашыраған сəулеленулер үшін дəл сол жағдай. Комптон эффектінің теориясы. Классикалық теория комптондық шашыраудың заңдылықтарын жəне ең алдымен ығысқан компоненттің пайда болуын түсіндіре алмайтын болып шықты. Олар тек кванттық теорияның негізінде түсіндірілді. Комптонтолқын ұзындығының өзгеруі бар рентгендік кванттың шашырауын оның электронмен соқтығысыуының дара əрекетінің нəтижесі деп қарастыру керек екендігін болжады. Тəжірибелер жасалғанда жеңіл элементтердің атомдарында электронның атоммен байланыс энергиясы соқтығысу кезінде электронға рентгендік квантпен берілетін энергиямен салыстырғанда аз болады. Бұл шашырау бұрышы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жақсы орындалады. Жеңіл атомдардың барлық шашырау бұрыштарындағы атомның ішіндегі электронның байланыс энергиясын ескермеуге, яғни барлық электрондарды еркін деп есептеуге болады. Сонда барлық заттар үшін комптондық ығысудың бірыңғайлығы бірден түсікті болып шыға келеді. Шынында, шашыратқыш зат əуелден негізінен тек еркін электрондардан ғана құралады деп болжалады, яғни дербес өзгешеліктер мүлдем ескерілмейді. Бірақ ол тек жеңіл атомдар үшін мүмкін. Ауыр атомдардың ішкі электрондары үшін мұндай түсінік жарамсыз, әрине, осыны тәжірибе дәлелдеді. Енді бұл ретте энергия мен импульстің сақталу заңдарының орындалуы керек екенін ескере отырып, фотонның еркін электронмен соқтығысуын қарастырамыз. Соқтығысу нәтижесінде электрон реалитивистік болуы мүмкін болғандықтан, бұл үдерісті реалитивистік динамика негізінде қарастырамыз. Тыныштықтағы энергиясы бар бастапқыда тыныштықта болатын еркін электронға энергиясы мен импульсі бар фотон түссін делік. Соқтығысқаннан кейін фотон энергиясы шамасына тең, ал серпіліс электронының энергиясы мен импульсі Е мен Р шамаларына тең болып қалады. Фотон-электрон жүйесінің энергиясы мен импульсының сақталу заңдарына сәйкес, соқтығысқанға дейінгі және соқтығысқаннан кейінгі жағдайлар үшін келесі теңдікті жазамыз: Мұндағы, екінші теңдік импультар үшбұрышы үшін косинустар теоремасы негізінде өрнектелген 1.12-сурет Реалитивистік электронның импульсі мен энергиясы арасындағы байланыс бойынша төмендегідей түрге ие болатындығын ескере отырып: 1.14 формуласынан шамасын және 1.15 формуласынан шамасын табамыз: 1.16 формуласына сәйкес 1.17 өрнегінен 1.18 өрнегін азайтып, алынған нәтижені шамасымен теңестіріп, қысқартқаннан кейін алатынымыз: Электрон үшін болады. Əмбебап тұрақтысы атомдық тұрақтылардың ішіндегі ең маңыздыларының бірі болып табылады. (1.20) қатынасы тəжірибеден бақыланатын комптондық ығысудың шашырау бұрышына тəуелділігімен өте жақсы үйлеседі (1.11-суретті қара). Шашыраған сəулеленудің құраушыларының екеуінің де кеңеюі, шашырау іске асатын, атомдар мен электрондардың қозғалысымен, яғни Доплер əсеріне негізделген. Шашыраған сəулеленудегі ығыспаған құраушының бар болуы шашыратушы заттың атомдарының ішкі электрондарымен түсіндіріледі. Əсіресе, ауыр атомдардағы олардың байланыс энергиясы, рентгендік фотондардың энергиясымен салыстырарлық, яғни мұндай электрондарды еркін деп санауға да болмайды. Рентгендік фотонның атоммен энергиясы мен импульсін алмастыруы тұтас атомдағыдай жүреді. Атомның массасы электронның массасынан анағұрлым көп, сол себепті, мұндай атомдарда шашыраған фотондардың комптондық ығысуы өте аз, олардың ығысқан λ′ толқын ұзындығы да түсуші сəулеленудің λ толқын ұзындығымен іс жүзінде сəйкес келеді. Айта кететіні, оны (1.20) жəне (1.21) формулаларынан бірден байқауға болады. Атомдық нөмір өскен сайын байланысқан электрондардың салыстырмалы саны артады. Сондықтан ығыспаған құраушының интенсивтілігі ығысқанның интенсивтілігімен салыстырғанда арта түсуі керек. Міне осы жағдай тəжірибеде байқалады. Бұдан басқа, шашырау бұрышы өскен сайын электронға берілетін энергияның үлесі артады. Бұл арадан шашырау бұрышы артқан кезде еркін деп есептеуге болатын электрондардың салыстырмалы үлесінің өсетіндігі туындайды, яғни, тəжірибе көрсеткендей, ығысқан құрау нің өсетіндігі туындайды, яғни, тəжірибе көрсеткендей, ығысқан құраушының интенсивтілігінің ығыспағанның интенсивтілігіне қатынасы артады. Сонымен, фотонның энергиясы үлкенірек болған сайын электронның атоммен байланысы азырақ дəрежеде көрініс табады, еркін деп есептеуге болатын электрондар көбірек болады. Дəл сол себепті, Комптон эффектін бақылау үшін қатты рентгендік сəулеленуді пайдалану керек. Міне, сондықтан Комптон эффекті спектрдің көрінетін аймағында байқалмайды. Тиісті фотондардың энергиялары соншалықты кіші, тіпті атомның сыртқы электрондары да еркін электрондардың рөлін атқара алмайды. Комптонның жəне басқа да зерттеушілердің кейінгі тəжірибелерінде серпіліс электрондарын тіркеу жəне фотондардың шашырауының қарапайым əрекеттерінде электрондарда энергия мен импульстің сақталу заңдары орындалатындығын көрсету мүмкін болды. Осыған байланысты, серпіліс электроны мен шашырайтын фотон бір уақытта пайда болатындығын дəлелдеген Боте мен Гейгердің (1925) тəжірибелерін айтып өтейік. Тəжірибенің сызбасы 1.13-суретте көрсетілген, онда Х – рентгендік сəулелену көзі, Р – сəулелену əсерінен Комптон эффекті жүретін шашыратқыш, Ф мен Э – шашыраған фотондар мен серпіліс электрондарын санауыш құрал. Бұл санауыштар Р шашыратқышқа қатысты симметриялы етіп орналастырылған жəне С сəйкестік желісіне, яғни фотон мен электрон Ф мен Э санауыштарында тек бір уақытта пайда болатын жағдайларды ғана тіркеуге мүмкіндік беретін электрлік желіге, қосылған. Нəтижесінде санауыштардағы фотон мен электронның бір уақытта тіркелу саны, фотон мен электронның уақыт бойынша кездейсоқ пайда болуы кезінде күтуге болатын санынан көп есеге артатындығы анықталды. Осылайша фотонның электронмен жекеше соқтығысуының бар екендігі дəлелденді. жүктеу/скачать 128.65 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|