コンプトン効果は、放射線の粒子性を確認する量子現象です。この現象は、それを発見した物理学者にちなんで名付けられました。
コンプトン効果は散乱の量子現象です。アメリカの物理学者、アーサー・ホリー・コンプトンがこの理論を開発しました。彼は、電子から散乱した X 線の散乱効果を研究しました。これにより、放射線の粒子性を支持する理論が裏付けられました。彼はこの作品を 1923 年に The Physical Review で発表しました。 .記事のタイトルは「光元素による散乱 X 線の量子論」です。
コンプトン理論を開発した物理学者、アーサー・ホリー・コンプトン (写真提供:molcay/Shutterstock)
注:ここでの「軽元素」は、質量が非常に小さい粒子、つまり電子を意味します。
弾性衝突とコンプトン効果
キャロム ボードやシャッフル ボードをプレイしているときは、ポーンを獲得するためにストライカーをどこに置いておくべきかを正確に知っています。ポーンを打つには、ストライカーを適切な角度に保ち、適切な速度で打つことが重要です。もちろん、目指さなければなりません！ゲームを観察すると、ストライカーがあなたが供給した運動エネルギーを持っていることがわかります。ストライカーがターゲットのポーンに当たった後、そのポーンを動かします。ストライカーからポーンへの運動エネルギーの伝達があります。これにより、ポーンの方向が変わります。ポーンを動かしたストライカーは、和解を受けます。ストライカーにもエネルギーの損失があります。この衝突は、運動量保存則とエネルギー則に従って進行します。運動量とエネルギーの両方が保存される衝突は、弾性衝突と呼ばれます .
ストライカーがその運動エネルギーを、当たったポーンに伝達することを観察します (写真提供:Mr Sagar/Shutterstock)
量子力学は、古典物理学では説明できなかった観測への答えでした。コンプトン効果はそのような現象の 1 つです。放射のコンプトン効果と粒子の性質
コンプトン効果は、放射線の粒子性を確認したため、20 世紀のブレークスルーでした。コンプトンは、散乱実験を通じて放射線の粒子性を説明しました。実験では、散乱放射線の波長が増加することがわかりました。彼はまた、散乱放射線が最初の角度からずれていることも検出しました。この形式の弾性衝突は、放射線の粒子性を証明しました。では、コンプトン氏が行った実験を詳しく見ていきましょう！コンプトン効果を実証する実験
波長のX線が 
が電子に入射すると、電子からの散乱 X 線の波長は 
.コンプトン効果は、入射 X 線の波長が増加することを示しています。
コンプトン散乱 (写真提供:Fouad A. Saad/Shutterstock)
コンプトン効果の数式
(*)
– 散乱角度、つまり、入射光線と散乱光線の間の角度。
– コンプトン波長と等しい 
m.
ここで h はプランク定数と呼ばれ、 
は電子の質量、c は真空中の光速です。
上記の式は、散乱角度が放射の波長に依存しないことを確認していますが、波長の増加に依存しています。
実験データと理論値の比較
コンプトン氏は、電子に電磁波を散乱させることで実験データを得ました。彼は、モリブデン ターゲットからの X 線放射をグラファイトから散乱させました。散乱放射線はさまざまな角度で測定され、これらの読み取り値がプロットされました。続いてプロットされたグラフは、波長と散乱角の間でした。グラフは両方の波長で構成されています。モリブデン ターゲットからの光線 (一次光線) の波長と、散乱光線の波長。結果は、彼が開発した理論データと比較されました。実験データと理論データが一致！
コンプトン氏が実験観察からプロットしたグラフ。クレジット:アーサー H. コンプトンによるフィジカル レビュー「軽元素による X 線散乱の量子論」
コンプトン効果の実験的実証 (写真提供:DKN0049/Shutterstock)
の散乱角度で 
、彼は波長の増加を観察しました。 
m.理論の結果は、 
m.彼は、この観察は非常に満足のいく一致であると結論付けました。波長の増加は散乱角度に依存することが強調されています。
コンプトン効果は、放射線の粒子性を証明する、深遠で最も影響力のある理論の 1 つです。
アプリケーション
コンプトン効果は、放射線生物学で放射線療法を通じて癌患者を治療するために応用されています。
コンプトン散乱の他のアプリケーションには、オブジェクトの傷や不純物を検出するために使用できるコンプトン散乱濃度計での使用が含まれます。コンプトン散乱イメージングは、物体の物理密度を測定できます。
A. 光電効果とコンプトン効果の 2 つの吸収プロセスを備えたコンピューター断層撮影スキャナー。 B. コンプトン効果散乱 (写真提供:sahua d &Yok_onepiece/Shutterstock)
今日、コンプトン効果の応用として多くの分野が生まれています。コンプトンの発見後の 20 世紀は、量子力学の研究と発展において歴史的でした。コンプトン効果は、この分野でも革命的でした。これは、粒子と波の二重性の考え方を繰り返し、1900 年代初頭に人間の思考の新しい次元を開いたものです。
