Efecto Compton

Efecto compton y espectro atómico

JOSE VICENTE HERNANDEZ BURGOS

1° El efecto compton, es la difusión de fotones debido a las interacciones, entre la radiación electromagnética y la materia, esto lo descubrió el físico estadounidense Arthur Holly Compton en 1922, durante su estudio de la difusión de los rayos X por el grafito, como reconocimiento a sus trabajos, recibió el Premio Nobel en 1927.

1.1°

Utilizando el dispositivo mostrado en la Fig. 2 los espectros de rayos gama de varios elementos, a saber: 22Na, 60Co, 133Ba, 137Cs y 207Bi. Una vez conseguidos los espectros comenzamos con la obtención de las magnitudes típicas

del fenómeno: el foto pico y el canto Compton. La localización de los primeros no ofrece dudas y se realizó ajustando una curva Gaussiana a los mismos. Para la determinación de los canto Compton, en cambio, nos encontramos con dificultades debido a que, como puede observarse en cualquier espectro real (en la Fig. 3 se muestra el de 207Bi), la pendiente del canto Compton es suave y no abrupta.

1.2° El primer criterio que utilizamos fue el de tomar como localización del canto la posición del centro de una curva sigmoidea (función de Bozeman) que ajustase a los datos.

Aceptando este criterio estamos suponiendo que el canto se encuentra aproximadamente el centro de la pendiente. Para empezar realizamos una calibración lineal directa del espectro con los picos del 207Bi. Elegimos este elemento debido a que posee tres picos con un espaciado, en sus valores de energía, conveniente a nuestros fines.

Una vez calibrados los espectros, obtuvimos los valores de interés volcados en la siguiente tabla.

1.3° La mecánica clásica supone que la energía transportada por la luz está repartida sobre la onda y se debería repartir sobre todos los átomos en los que incide el haz. La energía, repartida equitativamente entre los átomos, es incapaz de extraer los electrones salvo que se acumule en ellos y así tendríamos que esperar mucho tiempo para alcanzar la energía de extracción y, entonces, todos saldrían de golpe.

Explicar estos hechos aplicando la teoría de la mecánica clásica sobre las ondas luminosas es imposible. Una posible explicación-resumen en aquel momento (final del siglo XIX) sería.

“La luz es capaz de extraer los electrones cuando hay exceso de ellos sobre el metal (cargado negativamente). Si el electroscopio está cargado positivamente puede que la luz extraiga algunos electrones pero no logra arrancarlos y alejarlos de la placa y vuelven a caer en ella, por tanto la carga del electroscopio no varía. El cristal absorbe la luz ultravioleta y al interponerlo entre la luz y la lámina del electroscopio absorbe la componente más energética de la radiación y por ello la radiación que queda no puede extraer electrones”.

La explicación aportada por la teoría de la mecánica clásica sería: La energía de una onda está repartida sobre el frente de onda y es proporcional al cuadrado de la amplitud y de la frecuencia ( dE = ½ dm V2 = ½ •4r2v•dt• w2A2 =½ •4r2v•dt• (2)2• A2 ). La Intensidad ( E / t•área) también mantiene la misma proporcionalidad).

1.4°

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales porque no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía.

Los electrones "evaporados" se denominan termo electrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación electromagnética

1.5° Cuando se analiza la radiación electromagnética que ha pasado por una región en la que hay electrones libres, se observa que además de la radiación incidente, hay otra de frecuencia menor. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada depende de la dirección de la dispersión. Sea l la longitud de onda de la radiación incidente, y l’ la longitud de onda de la radiación dispersada. Compton encontró que la diferencia entre ambas longitudes de onda estaba determinada únicamente por el ángulo q de dispersión, del siguiente modo

donde

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