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【高校物理】コンプトン効果とは?

【高校物理】コンプトン効果とは?

コンプトン効果(Compton Effect)は、X線やガンマ線などの光子が物質と衝突した際に生じる現象で、光子のエネルギーと運動量が物質に一部受け渡され、その結果として光子の波長が変化する効果。これは、物質中の電子と光子との散乱によって引き起こされる。

以下は、コンプトン効果の主な特徴と具体的な説明です。

<原理>
コンプトン効果は、光子(通常はX線やガンマ線)が物質の電子と衝突する際に起こります。
光子は物質中の電子によって散乱され、その過程でエネルギーと運動量が受け渡されます。

<波長変化>
光子が物質の電子と衝突すると、光子のエネルギーが一部電子に移動します。この結果、光子の波長が変化し、散乱された光子は新しい波長を持つようになります。
この波長変化が、コンプトン効果の主な観測可能な特徴です。

<エネルギー保存と運動量保存>
コンプトン効果では、エネルギー保存則と運動量保存則が成り立ちます。散乱前後でエネルギーと運動量が保存されるため、波長の変化が起きるのです。

<コンプトン波長>
光子の波長変化を表す指標として、コンプトン波長(Compton wavelength)が導入されます。これは、光子のエネルギーと物質の電子の質量に依存する定数であり、波長変化の程度を示します。
コンプトン効果は、光子と物質との相互作用の結果として発見され、これが量子力学において光の粒子性を強く支持する実験的な証拠となりました。この効果は、物質の構造解析や放射線治療など、さまざまな分野で応用されています。

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