γ射线与物质的相互作用篇(3)_康普顿效应

康普顿效应是入射γ光子与原子核外电子之间发生的非弹性碰撞。入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子束缚成为反冲电子，而光子的运动方向和能量发生变化。入射光子能量为hv，散射光子能量为hv’，反冲电子能量为Ee，θ为散射光子与入射光子方向的夹角，称为散射角，ψ为反冲电子的反冲角。

 

                            

康普顿效应与光电效应不同。光电效应中光子本身会消失，能量完全转移给电子，而康普顿效应中光子只损失部分能量。

 

光电效应发生在束缚的最紧的内层电子上，而康普顿效应总是发生在束缚的最松的外层电子上，外层电子的束缚能很小，可以忽略不计，因此在康普顿效应中，可以认为外层电子就是自由电子。

 

1，  散射光子与反冲电子能量及角度关系

 

散射光子的能量可以由以下公式给出：

 

其反冲电子的能量由以下公式给出：

 

θ和ψ之间的关系是：

 

从以上关系式我们可以知道，当散射角θ为0度时，反冲电子能量为0，这意味着入射光子从电子近旁掠过，未受到散射。当散射角θ为180度时，入射光子沿反方向散射回来，这种情况称为反散射，此时散射光子能量最小：

                       

 

而反冲电子动能最大：

如下图所示为散射γ光子能量与散射角θ的关系示意图：

2，  散射光子截面与角分布

如下图所示为极坐标下的入射γ光子与单个电子发生康普顿散射后，散射截面与散射角θ、能量的关系。入射光子能量越高，散射光子越是朝前散射。

3，  反冲电子截面和角分布

发生康普顿散射后，散射光子可以向任意方向散射，但反冲电子只能在小于90°方向发射，即0°≤ψ≤90°。如下图所示为反冲电子的微分截面与反冲角度的关系。

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取

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