efecto compton

Física 3- Rayos X

El efecto Compton
Compton (1923)
Sea un haz de rayos X de longitud de onda

λ0

que es dispersado en un ángulo θ1, al pasar a través de una lámina

dispersora. Entonces la radiación dispersada contiene una componente de longitud de onda
es mayor que la longitud de onda

λ0

λ1 , bien definida, que

de los rayos incidentes.

Importancia: Este fenómeno haproporcionado pruebas convincentes de la existencia de los cuantos. Su explicación
se basa en la dualidad onda-partícula de la radiación electromagnética.

Experimento de Compton
En la Fig. 1 se observa el experimento que realizó Compton. R es la lámina del material dispersor (en el caso de las
experiencias de Compton se utilizó carbono (C) en el estado de grafito). Los rayos que salen de un tubode RX con
blanco de molibdeno (Mo) son dispersados en un ángulo θ por la lámina dispersora R, y luego de ser colimados (como
un fino haz) se los analiza mediante un espectrómetro de Bragg, midiendo su intensidad con una cámara de ionización.
De esta manera para cada ángulo de dispersión (θ) en la muestra R se mide la intensidad de los RX en función de la
longitud de onda λ (barrida por elespectrómetro de Bragg).

Fig. 1. Esquema del dispositivo utilizado por Compton

λ1

La longitud de onda de los RX incidentes sobre R era λ0= 0.708 x 10-10 m. Entonces se observaba que la longitud
dependía del ángulo de dispersión θ, pero era independiente del material dispersor.

En la Fig. 2 se observa el espectro de longitudes de onda de la radiación dispersa para ángulos de 0, 45, 90 y135
grados. La abscisa es la longitud de onda y la ordenada es la intensidad por unidad de longitud de onda. Se observa que,
para todos los ángulos, la radiación dispersada contiene una componente cuya longitud de onda .es igual a la de la
radiación incidente λ0 y que para ángulos mayores que 0 grados aparece otra longitud de onda λ1 . Se ve también que
cuando el ángulo de dispersión aumenta,también lo hace la separación entre la componente cuya longitud de onda es
λ1 respecto de aquella con longitud de onda λ0 .

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Respecto de la dirección de incidencia.

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Física 3- Rayos X

Fig.2. Espectro obtenido para distintos ángulos de dispersión para carbón (grafito)

Modelo de Compton para explicar la aparición de rayos X de longitud de onda mayor
Por lo que hemos visto losrayos X dispersados tienen dos componentes, una de igual longitud de onda que los rayos
incidentes y otra de longitud de onda ligeramente mayor (correspondiente a una energía menor).
- La primera componente (la parte correspondiente a la λ0 ) estaba explicada por argumentos del electromagnetismo
clásico y no fue un problema para los científicos que la estudiaban.
- La segunda (correspondiente ala λ1 ) no tenía explicación hasta que Compton desarrolló una teoría simple pero
efectiva para estudiarla.
Compton consideró que la radiación incidente estaba formada por fotones que actúan como proyectiles, y
propuso explicar la radiación saliente analizando la colisión entre: los cuantos incidentes de RX y los electrones
del material dispersor (Ver Fig. 3). En el modelo un cuanto colisionacon un electrón.
Entonces se calculará la longitud de onda λ1 de los rayos X dispersados, aplicando (al problema del choque del cuanto y
el electrón2) la conservación de:
i) el impulso lineal total p
ii) la energía total relativista E.

Fig. 3. Modelo propuesto por Compton para el choque de un cuanto de RX con un electrón del material.

Inicialmente el cuanto con energía E0 (o longitud deonda

λ0 ) e impulso p0 se propaga con velocidad c y choca contra

un electrón de masa en reposo m0 (que puede considerarse inicialmente quieto para el análisis del choque).
En el choque el cuanto le entrega suficiente energía (cinética) al electrón como para que sea necesario analizarlo de
manera relativista.
Luego del choque el cuanto dispersado en un ángulo θ saldrá con una energía E1...