Compton-efekti tai Compton-sironta on yksi fotonien vuorovaikutuksen periaatteellisista muodoista. Se on pääasiallinen syy materiaalin hajanaiseen säteilyyn. Se johtuu fotonin (röntgen tai gamma) vuorovaikutuksesta vapaiden elektronien (atomeihin sitoutumattomien) tai löyhästi sitoutuneiden valenssikuoren (ulkokuoren) elektronien kanssa. Tuloksena oleva tapahtuma fotoni siroaa (muuttaa suuntaa) ja luovuttaa energiaa elektronille (rekyylielektroni). Hajaantuneella fotonilla on eri aallonpituus (havaittu ilmiö) ja siten eri energia (E=HC/λ). Energia ja liikemäärä säilyvät tässä prosessissa. Comptonin ilmiö on osittainen absorptioprosessi ja alkuperäisen fotonin menettäessä energiaa, jota kutsutaan Comptonin siirroksi (eli aallonpituuden/taajuuden siirroksi). Hajaantuneen fotonin aallonpituuden muutos voidaan määrittää 0,024 (1 – cos θ), jossa θ on sironneen fotonin kulma. Näin sironneen fotonin energia vähenee sironneen fotonikulman kasvaessa.
Comptonin vaikutuksen todennäköisyys
- suoraan verrannollinen
- ulkokuoren elektronien lukumäärään, ts. elektronitiheys
- materiaalin fysikaalinen tiheys
- kääntäen verrannollinen
- fotonienergiaan
- ei riipu
- järjestysluvusta (toisin kuin Valosähköinen efekti ja parituotanto)
toisin sanoen Comptonin ilmiön todennäköisyys riippuu elektronien määrästä grammaa kohti absorboivassa aineessa, joka on useimmille alkuaineille suunnilleen sama (n. 3 x 1023). Poikkeuksena on kuitenkin alkuaine vety, jonka ytimessä ei ole neutroneja ja jonka elektronitiheys on siis kaksinkertainen kaikkiin muihin alkuaineisiin verrattuna (n. 6 x 1023), jolloin Comptonin efekti on riippumaton absorboijan järjestysluvusta (Z). Comptonin vaikutuksen merkitys on se, että siitä tulee hallitseva prosessi, kun ihmiskudoksia säteilytetään 30 keV: n ja 30 MeV: n energia-alueella, joka on diagnostinen ja terapeuttinen säteilyalue.
historia ja etymologia
nimetty yhdysvaltalaisen fyysikon, professori Arthur Holly Comptonin (1892-1962) mukaan, joka sai Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1927 löydettyään Compton-ilmiön 2.