شرح ظاهرة الكومبتون
ظاهرة الكومبتون أو تأثير الكومبتون، وهي ظاهرة فيزيائية تحدث نتيجة تشتت غير منتظم لموجة الضوء , نتيجة الاصطدام المرن بين الفوتون والإلكترون، قد يسبب ذلك التصادم في نقصان الطاقة بالنسبة للفوتون، ومثالاً علي ذلك ينطبق علي الأشعة الكهرومغناطيسية، مثل فوتونات أشعة إكس أو أشعة غاما ذو الطاقة العالية. عن طريق هذه الطاقة العالية يبدأ جزء من الفوتون بالانتقال إلى جسيم مشحون أخر.
وصف ظاهرة كومبتون
- تكمن أهمية ظاهرة الكومبتون بأنها تبرهن علي انه لا يمكن تفسير الضوء كموجات بشكل كامل، ولكن هذا التشتت يفسر لنا بعض التغيرات الطفيفة التي تحدث لطول موجات الضوء.
- وقد أثبت اكتشاف تأثير الكومبتون من قبل العالم آرثر هولي كومبتون في عام 1923 في جامعة واشنطن، الحاصل علي جائزة نوبل في الفيزياء عام 1927لاكتشافه، فقد ذكر من أن بالرغم من التشتت الذي قد يحدث في النواة، إلا أنه يشير إلى التفاعل الذي يقتصر فقط علي الإلكترون في الذرة.
قد يهمك ايضًا : شرح ظاهرة السراب
تاريخ اكتشاف تأثير الكومتون
- في بدايات القرن العشرين، كان هناك العيد من الأبحاث حول الاشعة الكهرومغناطيسية، فقد كان التأثير الكهروضوئي هو التأثير الوحيد الذي يفسر ويبرهن أن الضوء ليس جسيم فقط بل يتميز أيضاً بصفات الموجة.
- وهذا ما أكتشفه ألبرت أينشتاين في عام 1905، حيث قام بإسقاط الضوء علي معدن، مما أدي إلى انفصال في بعض إلكترونات المعدن. لذا حتي اكتشاف كومبتون لم يكن سوى هذا التأثير الكهروضوئي.
قد يهمك ايضًا : شرح ظاهرة الشفق
أبحاث أخرى لظاهرة كومبتون
- أجريت بعض الأبحاث علي تفاعلات أشعة إكس مع المادة، وقد استنتج أنه عند تفاعل أشعة إكس بطول موجي معين مع الذرة، فتلك الأشعة تنعكس وينبعث منها طول موجي معاكس لهذه الزاوية.
- علي الرغم من أن تصور الموجات الكهرومغناطيسية الكلاسيكي تنبأ بالمساواة بين طول موجة الأشعة المشتتة مع الأشعة الساقطة.
- إلا أن تجارب متعددة علي تلك النظرية كشفت أن طول موجة الأشعة المشتتة كان أطول من طول الموجة الساقطة. لذا لم تكن النتيجة متطابقة مع التصور.
معادلة كومبتون the Compton effect
- حينما يعطى الفوتون طاقته الكاملة لإلكترون مرتبط بسطح مادة معينة، هنا تصبح الظاهرة كهروضوئية، أما إذا قام الفوتون بإعطاء جزء من طاقته إلى إلكترون غير مرتبط بشيء وكان إلكتروناً حراً.
- هذا النوع من التناغم بين الشعاع الكهرومغناطيسي والإلكترون يطلق عليه تشتت الفوتونات من خلال الإلكترون وتعرف هذه الظاهرة في الفيزياء باسم ظاهرة كومبتون.
تطبيقات ظاهرة كومبتون
- تلعب ظاهرة تأثير الكومبتون دوراً هاما في قياس اتجاه طاقة الفوتون المشتتة عن طريق استخدام تلسكوبات الكومبتون أو ما يسمى بكاميرات الكومبتون.
- لذا يقوم بتصوير تلك الأشعة في نطاق الطاقة العالية بين مئات أو عشرات مليون إلكترون فولت.
قد يهمك ايضًا : شرح ظاهرة تعاقب الأجيال للصف الثالث الثانوي
تليسكوب كومبتون
- يعد تلسكوب كومبتون أول تليسكوب يقوم بالمسح فلكياً لمصادر أشعة غاما، وكان أشهرهم هو ما يوجد ع متن مسبار ناسا الذي يدعي باسم مرصد كومبتون لأشعة غاما، قد عمل هذا التلسكوب في الفضاء حوالي تسع سنين حتي عام 2000.
- فقد سجل هذا التلسكوب أول خريطة سماوية للشعاع وأيضاً ساهم في دراسة النجوم والمجرات النشطة، كما يجرى بعض التطورات لتلك الكاميرا لتعزيز استخدامها فالتقنية النووية والتشخيص الطبي.
قد يهمك ايضًا : شرح درس ظاهرة الغوص
تم استخدام تلك الكاميرات في فحص الأمن في المطارات وفحص المسافرين، وذلك من خلال أشعة إكس المنعكسة من الأسطح Back scatter وحاليا تستخدم هذه الأجهزة في الولايات المتحدة الأمريكية.