Compton-Effekt oder Compton-Streuung ist eine der Hauptformen der Photoneninteraktion. Es ist die Hauptursache für Streustrahlung in einem Material. Es tritt aufgrund der Wechselwirkung des Photons (Röntgen oder Gamma) mit freien Elektronen (nicht an Atome gebunden) oder lose gebundenen Valenzschalenelektronen (Außenschale) auf. Das resultierende einfallende Photon wird gestreut (ändert die Richtung) und verleiht dem Elektron Energie (Rückstoßelektron). Das gestreute Photon hat eine andere Wellenlänge (beobachtetes Phänomen) und somit eine andere Energie (E = hc/λ). Energie und Impuls bleiben dabei erhalten. Der Compton-Effekt ist ein partieller Absorptionsprozess und da das ursprüngliche Photon Energie verloren hat, bekannt als Compton-Verschiebung (dh eine Verschiebung der Wellenlänge / Frequenz). Die Wellenlängenänderung des gestreuten Photons kann durch 0,024 (1- cos θ) bestimmt werden, wobei θ der gestreute Photonenwinkel ist. Somit nimmt die Energie des gestreuten Photons mit zunehmendem Streuphotonenwinkel ab.
Wahrscheinlichkeit des Compton-Effekts
- direkt proportional zu
- Anzahl der äußeren Schalenelektronen, d.h. die Elektronendichte
- physikalische Dichte des Materials
- umgekehrt proportional zu
- Photonenenergie
- nicht abhängig von
- ordnungszahl (im gegensatz zu photoelektrischen effekt und paar produktion)
Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit des Compton-Effekts hängt von der Anzahl der Elektronen pro Gramm im absorbierenden Material ab, die für die meisten Elemente ungefähr gleich ist (ca. 3 x 1023). Eine Ausnahme bildet jedoch das Element Wasserstoff, das keine Neutronen im Kern hat und daher eine Elektronendichte aufweist, die doppelt so hoch ist wie die aller anderen Elemente (ca. 6 x 1023), damit ist der Compton-Effekt unabhängig von der Ordnungszahl (Z) des Absorbers. Die Bedeutung des Compton-Effekts besteht darin, dass er zum dominierenden Prozess wird, wenn menschliches Gewebe im Energiebereich von 30 keV bis 30 MeV bestrahlt wird, der der diagnostische und therapeutische Strahlungsbereich ist.
Geschichte und Etymologie
Benannt nach Professor Arthur Holly Compton (1892-1962), US-Physiker, der 1927 für seine Entdeckung des Compton-Effekts 2 den Nobelpreis für Physik erhielt.