康普顿散射1922

康普顿效应通常指物质电子云与光子的相互作用，但还有物质原子核与光子的相互作用——核康普顿效应存在。

简介

康普顿效应首先在1923年由美国物理学家阿瑟·康普顿观察到，并在随后的几年间由他的研究生吴有训证实了其普遍性。康普顿因发现此效应而获得1927年的诺贝尔物理学奖。

在引入光子概念之后，康普顿散射可以得到如下解释：电子与光子发生弹性碰撞（弹性碰撞产生的非弹性散射），电子获得光子的一部分能量而反弹，失去部分能量的光子则从另一方向飞出，整个过程中总动量守恒，如果光子的剩余能量足够多的话，还会发生第二次甚至第三次弹性碰撞。

康普顿散射可以在任何物质中发生。当光子从光子源发出，射入散射物质（一般指金属）时，主要是与电子发生作用。如果光子的能量相当低（与电子束缚能同数量级），则主要产生光电效应，原子吸收光子而产生电离。如果光子的能量相当大（远超过电子的束缚能）时，则我们可以认为光子对自由电子发生散射，而产生康普顿效应。如果光子能量极其大（>1.022百万电子伏特）则足以轰击原子核而生成一对粒子：电子和正电子，这个现象被称为成对产生。

由于光子具有波粒二象性，因此，应该可以用波动理论诠释这效应。埃尔温·薛定谔于1927年给出半经典理论。这理论是用经典电动力学来描述光子，用量子力学来描述电子。

康普顿频移公式

康普顿本人引用光电效应和狭义相对论来解释这一现象，并依据余弦定律推导得出康普顿频移公式 λ -λ ₀=h/mc(1-cos θ)

• 其中的符号对应如下
• 推导要件:
• 推导如下： （公式略）
• 移项得： （公式略）
• 也就是 λ -λ ₀=h/mc(1-cos θ)

应用

康普顿散射

康普顿效应对放射生物学十分重要，由于它是高能量X射线以及生物体中原子的原子核间，最有可能发生的相互作用，因此亦被应用于放射疗法。

材料物理中，康普顿效应可以用于探测物质中的电子波函数。

康普顿效应也是伽马射线光谱学中的重要效应，它是在光谱图表上产生康普顿边缘（Compton edge）的原因，因为伽马射线有可能被散射出所用的探测器以外。康普顿抑压法（用较廉价的探测器去包围较高价的主探测器）被用于探测走散的散射伽马射线而抵消此作用带来的影响。

逆康普顿散射

逆康普顿散射在天体物理学上有重要意义。在X射线天文学中，黑洞周围的吸积盘被认为会产生热辐射。此辐射所产生的低能光子会与黑洞的晕中的相对论性电子发生逆康普顿散射，从而获得能量。此现象被视为是吸积黑洞的X射线光谱（0.2-10千电子伏）中幂次项的成因。

当宇宙微波背景辐射穿过星系团周围的热气体时，逆康普顿效应亦能被观测到。宇宙微波背景辐射的光子被气体中的电子散射到更高的能量去，即所观测到的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应。