【大学物理·早期量子论和量子力学基础】康普顿效应
一、康普顿效应
在散射光谱中除有与入射线波长
相同的射线外，同时还有波长
的射线，这种改变波长的散射叫做康普顿效应。
(1)波长的偏移
随散射角
修改说明
都呈现一致特征,其中原始波长对应的光谱线强度随着散射介质中原子序数的增加而增强；而新型波长对应的光谱线强度则伴随散射物质原子序数的增长而减弱。
二、光子的理论解释
基于经典的电磁理论，在光的散射现象中：当电磁波穿过物质时，会引发其中分布着电荷的自由粒子发生受迫振动；这种现象不仅使物质从入射的电磁波中接收能量，并且每个正在振动的带电粒子会产生向四周传播的新电磁波。
基于波动力学的角度而言，在外加电磁场作用下的带电粒子将产生受迫振动。这种情况下所发射出的光波频率（或波长）必须与其照射源发出的一致。
基于此可知，在光的波动性质下可以合理地描述那些波长保持恒定的现象；然而，在康普顿效应中所观察到的新长波谱线却无法通过这种理论进行解释。
康普顿认为X射线的散射结果为光子与原子芯（内层）电子和外层电子发生碰撞的结果.
对于较轻的元素而言，在其原子核周围运行的所有电子几乎都受到微弱的相互吸引力作用；由此可知，在这种情况下产生的波长延长（拉红）的散射光强度相对较高；而对于重元素来说，在其原子核周围运行的所有电子所受的相互吸引力则更为强烈；因而在此情形下所产生的波长延长（拉红）的散射光强度相对较弱。
定量分析光子和自由电子的碰撞.
假定电子开始时处于静止状态.
设碰撞前光子的频率为
。则能量为
，动量为
沿x轴前进碰撞后将被散射.
设散射光子的频率为
，与原来的入射光子方向成
角.
这时，散射光子的能量变为
，动量变为
(
分别表示光子在运动方向上的单位矢量)
与此同时，反冲电子将沿着某一角度的方向飞出，
这时电子的能量
由变为
,动量由零变为
；
（
为电子的质量，
为电子的“静止”质量，v为电子碰撞后的速度）
根据弹性碰撞过程遵守的能量守恒定律和动量守恒定律有：
加上动量分量式
解得：
(康普顿波长：
)