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TP2-COMPTON散射角研究报告
TP2 Compton 散射和散射角
研究报告
姓名 马蓓蓓
学号
院系 中法核工程与技术学院
专业 核能与核技术
摘要
研究 Compton 散射在辐射与材料中有着非常重要的意义。经 Compton 散
射后的γ射线会以一定的散射角出射出金属箔片,这就是 Klein-Nishina 公式所
描述的现象。为研究出射γ射线的能量和 Compton 散射角之间的关系,我们使
用法国 CEA 开发的 Tripoli 软件来实现在近似真空的环境中模拟 0.511MeVγ射
线在铝箔中发生 Compton 散射现象。结果证明了 Klein-Nishina 公式的结论,
随着散射角在 0 到 180 度之间变大,射出的γ射线能量越来越低 ;Compton 散
射的反应截面在不断减小 ,且在0°附近下降很快,而后逐渐变趋向稳定值。
关键词:Compton 散射;Klein-Nishina 公式 ;Tripoli ;γ射线;散射角
目录
摘要2
引言3
模型与方法4
Tripoli 模型的建立介绍5
散射效应6
结果与讨论8
Comtpon 散射在 0°8
Comtpon 散射的反应截面9
误差分析 15
结论 15
参考资料: 15
代码 15
引言
1923 年,美国物理学家Arthur Compthon 在研究 X 射线与较轻物质的相互
作用中发现散射谱线中除了有波长与入射波波长相同的成分外,还有波长更长
的成分。他在 1923 年 5 月的《物理评论》上写道 “任一特殊的X 射线(光子)
不是被靶物质中的所有电子散射,而是把他的全部能量耗散在某个特殊的电子
上,这个电子又将射线向某一特殊的方向散射,这个方向与入射射线成某个角
度。辐射量子路径的弯折引起动量的变化。结果,散射电子以一等于X 射线动
量变化的动量反冲。散射射线的能量等于入射射线的能量减去散射电子反冲的
动能。”1
在 1920 年代,虽有光电效应支持,光的粒子性理论依然备受争议,
Compton 散射第一次从实验上清晰明确地证实了光子具有动量的假设,这在物
理学史波粒二象性的发展有着重要意义。实际上,我们知道依据动量守恒和能
量守恒,光子和靶物质中的带电粒子,尤其和电子容易发生非弹性散射,导致
光子能量降低,波长变长,而变成新的γ射线或者 X 射线从物质中射出。因此
2
部分γ射线能量变成电子的动能,产生反冲电子(recoiling electron )。
为了探测γ射线的强度,我们用探测器通过测量出射光子和探测器物质中发
生作用后,产生电子个数和能量的方式来间接测量光子的个数和能量。
TRIPOLI 是法国 CEA 联合众多机构开发的一款通过 Monte-Carlo 算法模拟
在任意三维几何中,求解中子、光子、电子以及正电子的 Boltzmann 线性方程。
该实验所用的数据库主要以欧洲官方原子核数据提供的 CEA V5.1.1 为准。通
过这个软件,我们高效地计算那些能量衰减迅速的粒
子能量分布。
在经典力学中,两个物体碰撞后,能量传递和碰
撞后的出射角度θ是相关的 ,在这里,我们通过对经
典力学中的非弹性碰撞模型进行相对论修正后,研究
出射光子角度和能量的关系。
1 《X 射线受轻元素散射的量子理论》
Figure 1 Compton 效应
2 郑碧华,熊正烨.2003 《在γ 能谱测量中验证康普顿效应》中山大学学报
模型与方法
由于铝的原子数较小,光子不易在同样厚度的铝片中被屏蔽,所以选用铝片做靶物质。
另外由 Figure 2.18 可以观察到,在低于 0.3MeV能区时,γ射线的光电效应占主要比
例,光电子的产生对探测器测量光子有重要干扰;在高于 1MeV能区时,产生光子的
电子对效应开始显现,这对探测器测量Compt
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