Compton-effekten och dess elementära teori. Compton-effekten: Hörnstenen i kvantmekanikens våglängdsförändring i Compton-effekten

COMPTON EFFECT (Compton-spridning), spridning av hård (kortvågig) elektromagnetisk strålning av fria laddade partiklar, åtföljd av en förändring av den spridda strålningens våglängd. Den upptäcktes av A. Compton 1922 under spridningen av hårda röntgenstrålar i grafit, vars atomelektroner, som sprider strålning, kan anses fria med god noggrannhet (eftersom röntgenstrålningens frekvens vida överstiger elektronens karakteristiska frekvenser rörelse i lätta atomer). Enligt Comptons mätningar ökade den initiala våglängden för röntgenstrålning λ 0, när den spreds genom en vinkel θ, och visade sig vara lika med

där λ C är ett konstant värde för alla ämnen, kallat Compton-våglängden för en elektron. (Värdet λ С = λ/2π = 3,86159268·10 -11 cm används oftare) Compton-effekten motsäger skarpt den klassiska vågteorin om ljus, enligt vilken våglängden för elektromagnetisk strålning inte bör ändras när den sprids av fri elektroner. Därför var upptäckten av Compton-effekten en av de viktigaste fakta som pekade på ljusets dubbla natur (se Corpuscular-wave dualism). Förklaringen till effekten, som ges av Compton och, oberoende av honom, av P. Debye, är att ett γ-kvantum med energi E \u003d ћω och momentum p \u003d ћk, som kolliderar med en elektron, överför en del av sin energi till det, beroende på spridningsvinkeln. (Här är ћ Plancks konstant, ω är den cykliska frekvensen för en elektromagnetisk våg, k är dess vågvektor |k|= ω/s, relaterad till våglängden genom relationen λ = 2π|k|.) Enligt lagarna för bevarande av energi och momentum, energin γ- kvant spridd av en elektron i vila är lika med

som helt motsvarar våglängden för den spridda strålningen λ'. I detta fall uttrycks Compton-våglängden för en elektron i termer av fundamentala konstanter: elektronmassan m e, ljusets hastighet c och Plancks konstant ћ: λ С = ћ/m e c. Den första kvalitativa bekräftelsen på en sådan tolkning av Compton-effekten var observationen 1923 av C.T.R. Wilson av rekylelektroner när luft bestrålades med röntgenstrålar i en kammare som han uppfann (Wilson-kammaren). Detaljerade kvantitativa studier av Compton-effekten utfördes av D. V. Skobeltsyn, som använde ett radioaktivt preparat RaC (214 Bi) som en källa för högenergi-y-kvanta, och en molnkammare placerad i ett magnetfält som en detektor. Skobeltsyns data användes senare för att testa kvantelektrodynamik. Som ett resultat av denna verifiering fann den svenska fysikern O. Klein, den japanske fysikern Y. Nishina och IE Tamm att det effektiva tvärsnittet av Compton-effekten minskar med en ökning av energin hos γ-kvanta (dvs. med en minskning i våglängden för elektromagnetisk strålning), och med våglängder som avsevärt överstiger Compton en, tenderar till gränsen σ T \u003d (8π / 3) re 2 \u003d 0,6652459 10 -24 cm 2, indikerad av JJ Thomson på basis av våg teori (re \u003d e 2 / mes 2 - klassisk elektronradie).

Compton-effekten observeras i spridningen av y-kvanta inte bara av elektroner, utan också av andra partiklar med en större massa, men det effektiva tvärsnittet är flera storleksordningar mindre i detta fall.

I det fall då ett γ-kvantum inte sprids av en vilande, utan av en rörlig (särskilt relativistisk) elektron, kan energi överföras från elektronen till γ-kvantumet. Detta fenomen kallas den omvända Compton-effekten.

Compton-effekten, tillsammans med den fotoelektriska effekten och produktionen av elektron-positronpar, är huvudmekanismen för absorption av hård elektromagnetisk strålning i materia. Compton-effektens relativa roll beror på elementets atomnummer och energin hos γ-strålar. I bly, till exempel, ger Compton-effekten det huvudsakliga bidraget till förlusten av fotoner i energiområdet 0,5-5 MeV, i aluminium - i intervallet 0,05-15 MeV (Fig.). I detta energiområde används Compton-spridning för att detektera γ-strålar och mäta deras energi.

Compton-effekten spelar en viktig roll inom astrofysik och kosmologi. Till exempel bestämmer den processen för energiöverföring av fotoner från stjärnornas centrala regioner (där termonukleära reaktioner inträffar) till deras yta, det vill säga i slutändan stjärnornas ljusstyrka och deras utvecklingshastighet. Ljustrycket som orsakas av spridningen bestämmer stjärnornas kritiska ljusstyrka, från vilken stjärnans skal börjar expandera.

I det tidiga expanderande universum upprätthöll Compton-spridningen en jämviktstemperatur mellan materia och strålning i ett hett plasma av protoner och elektroner tills bildandet av väteatomer från dessa partiklar. På grund av detta ger den vinkelmässiga anisotropin av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen information om de primära fluktuationerna av materia, vilket leder till bildandet av en storskalig struktur av universum. Den omvända Compton-effekten förklarar förekomsten av röntgenkomponenten i den galaktiska bakgrundsstrålningen och γ-strålningen från vissa kosmiska källor. När kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning passerar genom heta gasmoln i avlägsna galaxer, på grund av den omvända Compton-effekten, uppstår distorsion i spektrumet av kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning, vilket ger viktig information om universum (se Sunyaev-Zeldovich-effekten).

Den omvända Compton-effekten gör det möjligt att erhålla kvasi-monokromatiska strålar av högenergiska γ-kvanter genom att sprida laserstrålning på en kolliderande stråle av accelererade ultrarelativistiska elektroner. I vissa fall förhindrar den omvända Compton-effekten implementeringen av termonukleära fusionsreaktioner under terrestra förhållanden.

Lit.: Alfa-, beta- och gammaspektroskopi. M., 1969. Nummer. 1-4; Shpolsky E.V. Atomfysik. M., 1986. T. 1-2.

Compton effekt
Compton effekt

Compton effekt - spridning av elektromagnetisk strålning av en fri elektron, åtföljd av en minskning av strålningsfrekvensen (upptäckt av A. Compton 1923). I denna process beter sig elektromagnetisk strålning som en ström av individuella partiklar - kroppar (som i det här fallet är elektromagnetiska fältkvanta - fotoner), vilket bevisar den dubbla - korpuskulära våg-naturen hos elektromagnetisk strålning. Ur klassisk elektrodynamiks synvinkel är spridning av strålning med en förändring i frekvens omöjlig.
Comptonspridning är spridningen av en fri elektron av en enskild foton med energi E = hν = hc/ λ (h är Plancks konstant, ν är frekvensen för en elektromagnetisk våg, λ är dess längd, c är ljusets hastighet) och momentum p = E/s. Spridning på en elektron i vila, överför fotonen till den en del av sin energi och rörelsemängd och ändrar riktningen för dess rörelse. Som ett resultat av spridning börjar elektronen röra sig. Fotonen efter spridning kommer att ha energi E " = hν " (och frekvens) mindre än dess energi (och frekvens) före spridning. Följaktligen, efter spridning, fotonvåglängden λ " kommer att öka. Det följer av lagarna för bevarande av energi och momentum att våglängden för en foton efter spridning kommer att öka med

där θ är fotonspridningsvinkeln och m e är elektronmassan h/m e c = 0,024 Å kallas elektronens Compton-våglängd.
Förändringen i våglängden under Compton-spridning beror inte på λ och bestäms endast av spridningsvinkeln θ för γ-kvantumet. En elektrons kinetiska energi bestäms av sambandet

Det effektiva tvärsnittet för spridningen av ett y-kvantum av en elektron beror inte på egenskaperna hos absorbatormaterialet. Det effektiva tvärsnittet av samma process, per atom, proportionell mot atomnumret (eller antalet elektroner i en atom) Z.
Compton-spridningstvärsnittet minskar med ökande γ-kvantenergi: σ k ~ 1/E γ .

Omvänd Compton-effekt

Om elektronen som fotonen är spridd på är ultrarelativistisk Ee >> E γ , så förlorar elektronen energi vid en sådan kollision och fotonen får energi. En sådan spridningsprocess används för att erhålla monoenergetiska strålar av högenergi-y-kvanta. För detta ändamål sprids fotonflödet från lasern i stora vinklar av en stråle av högenergiaccelererade elektroner som extraheras från acceleratorn. En sådan källa till γ-kvanta med hög energi och densitet kallas L aser- E elektronisk- G amma- S ource (LEGS). I den för närvarande fungerande LEGS-källan omvandlas laserstrålning med en våglängd på 351,1 μm (~0,6 eV) till en γ-stråle med energier på 400 MeV som ett resultat av spridning av elektroner som accelereras till energier på 3 GeV).
Energin för den spridda fotonen E γ beror på hastigheten v för den accelererade elektronstrålen, energin E γ0 och kollisionsvinkeln θ för laserstrålningsfotoner med elektronstrålen, vinkeln mellan φ rörelseriktningarna för den primära och spridda fotoner

I en frontalkrock

E 0 är elektronens totala energi före interaktion, mc 2 är elektronens restenergi.
Om riktningen för de initiala fotonernas hastigheter är isotrop, så bestäms medelenergin för de spridda fotonerna γ av relationen

y = (4E y/3) (E e/mc 2).

Spridning av relativistiska elektroner med mikrovågsbakgrundsstrålning producerar isotropisk kosmisk röntgenstrålning med energi
E γ = 50–100 keV.
Experimentet bekräftade den förutsagda förändringen i fotonvåglängden, vilket vittnade till förmån för det korpuskulära konceptet för mekanismen för Compton-effekten. Compton-effekten, tillsammans med den fotoelektriska effekten, var ett övertygande bevis på riktigheten av de första bestämmelserna i kvantteorin om den korpuskulära vågnaturen hos partiklarna i mikrovärlden.

För mer om den omvända Compton-effekten, se.

BESKRIVNING AV INSTALLATIONEN OCH EXPERIMENTELL TEKNIK

REFERENSER

SYFTE MED ARBETET

COMPTON EFFEKT

L A B O R A T O R N A Y R A B O T A No. 7 B

TESTFRÅGOR

1. Vad är essensen av fenomenet fotoelektrisk effekt. Einsteins ekvation för den fotoelektriska effekten.

2. Formulera Stoletovs lagar för den externa fotoelektriska effekten.

3. Definiera den röda kanten för den fotoelektriska effekten och arbetsfunktionen.

4. Härled en arbetsformel för att bestämma Plancks konstant.

5. Bygg och förklara de ström-spänningsegenskaper som observeras under den fotoelektriska effekten.

1. Studera Compton-effekten med hjälp av ett datorexperiment.

2. Bestäm beroendet av förändringen i våglängden för den infallande strålningen på spridningsvinkeln.

1. Trofimova T.I. Fysikkurs: lärobok. ersättning för universitet / T.I. Trofimov. -
2:a uppl. - M.: Högre. skola, 1990. - 478 sid.

2. Saveliev I.V. Kurs i allmän fysik: lärobok. ersättning för studerande vid högre lärosäten. I 3 volymer Vol 3: Kvantoptik. Atomfysik. Fasta tillståndets fysik. Atomkärnans fysik och elementarpartiklar / I.V. Saveliev. - M.: Nauka, 1982. - 304 sid.

3. Detlaf A.A. Fysikkurs: lärobok. bidrag till lärosäten / A.A. Detlaf, B.M. Yavorsky. - M.: Högre. skola, 1989. - 608 sid.

I slutet av 1600-talet uppkom två teorier om ljusets natur nästan samtidigt. Newton föreslog utgångsteori, enligt vilken ljus är en ström av ljuspartiklar (kroppar) som flyger från en lysande kropp längs rätlinjiga banor. Huygens lade fram vågteori, där ljus ansågs vara en elastisk våg som fortplantade sig i världens eter.

De mest kompletta korpuskulära egenskaperna hos ljus manifesteras i Compton-effekten. Den amerikanske fysikern A. Compton, som studerade 1923 spridningen av monokromatisk röntgenstrålning av ämnen med lätta atomer (paraffin, bor), fann att i sammansättningen av den spridda strålningen, tillsammans med strålningen av den initiala våglängden, strålning av längre vågor observeras också. Experiment har visat att skillnaden Dl \u003d l "-l inte beror på våglängden l infallande strålning och arten av spridningsämnet, men bestäms endast av storleken på spridningsvinkeln q:

D l = l" - l = 2l C sin 2 ( q/2), (1)

där l" är våglängden för den spridda strålningen, l C - compton våglängd,(när en foton sprids av en elektron l C = 2,426 pm).

Compton effekt kallas elastisk spridning av kortvågig elektromagnetisk strålning (röntgen- och g-strålning) på fria (eller svagt bundna) elektroner av ett ämne, åtföljd av en ökning av våglängden.

Förklaringen av Compton-effekten ges utifrån kvantuppfattningar om de elektromagnetiska vågornas natur. Om vi ​​antar, som kvantteorin gör, att strålning är en ström av fotoner, så är Compton-effekten resultatet av en elastisk kollision av röntgenfotoner med fria materiens elektroner (för lätta atomer är elektroner svagt bundna till kärnorna av atomer, därför kan de i en första approximation anses vara fria). Under denna kollision överför fotonen till elektrondelen av sin energi och rörelsemängd i enlighet med lagarna för deras bevarande.

Bild 1

Betrakta en elastisk kollision av två partiklar (Figur 1) - en infallande foton med ett momentum sid g \u003d hn / c och energi e g \u003d hn, med en fri elektron i vila (viloenergi W 0 \u003d m 0 c 2; m 0 är elektronens vilomassa). En foton, som kolliderar med en elektron, överför en del av sin energi och rörelsemängd till den och ändrar rörelseriktningen (scatters). En minskning av fotonenergi innebär en ökning av våglängden för den spridda strålningen. Låt rörelsemängden och energin för den spridda fotonen vara lika p"g=hn"/c och e"g=hn". En elektron som tidigare varit i vila får fart p e =mv, energi W=mc 2 och kommer i rörelse - upplever feedback. I varje sådan kollision är lagarna för bevarande av energi och momentum uppfyllda.

Enligt lagen om bevarande av energi,

, (2)

Enligt lagen om bevarande av momentum,

k = m v + k ,(3)

Att dividera den första ekvationen med från, kan du ta det till formuläret:

mc \u003d m 0 c + (k - k') . (4)

Att kvadrera denna ekvation ger:

(mc) 2 =(m 0 c) 2 + ( k) 2 +( k') 2 - 2( k)( k')+2m 0 c (k - k').(5)

Av figur 1 följer det

Om vi ​​subtraherar ekvation (6) från ekvation (5), får vi:

m 2 (c 2 -v 2) = m 0 2 c 2 - 2 2 kk'(1-cos )+2m 0 c (k - k'). (7)

Du kan se till att m 2 (c 2 -v 2) = m 0 2 c 2, och sedan kommer allt till jämlikhet:

m 0 c(k - k') = kk'(1-cos ). (8)

Multiplicera ekvationen med 2 och dividera med m 0 ckk' och med hänsyn till att 2 / k = l, vi får formeln:

. (9)

Uttryck (9) är inget annat än formel (1) erhållen experimentellt av Compton. Ersätter värden i det h, m 0 och från ger Compton-våglängden för elektronen l C \u003d h / (m 0 c) \u003d 2.426 pm.

Närvaron av en "oskiftad" linje (strålning av den ursprungliga våglängden) i sammansättningen av den spridda strålningen kan förklaras enligt följande. När man överväger spridningsmekanismen antogs det att fotonen bara kolliderar med en fri elektron. Men om elektronen är starkt bunden till atomen, vilket är fallet för interna elektroner (särskilt i tunga atomer), så byter fotonen energi och rörelsemängd med atomen som helhet. Eftersom massan av en atom är mycket stor jämfört med massan av en elektron, överförs endast en obetydlig del av fotonenergin till atomen. Därför, i detta fall, våglängden l " spridd strålning kommer praktiskt taget inte att skilja sig från våglängden l för den infallande strålningen.

Comptoneffekten observeras inte bara på elektroner utan även på andra laddade partiklar, såsom protoner, men på grund av protonens stora massa är dess rekyl "synlig" endast när fotoner med mycket hög energi sprids.

Närvaron av ljusets korpuskulära egenskaper bekräftas också av Compton-spridningen av fotoner. Effekten är uppkallad efter den amerikanske fysikern Arthur Holly Compton, som upptäckte detta fenomen 1923. Han studerade spridningen av röntgenstrålar på olika ämnen.

Compton effekt– förändring i frekvensen (eller våglängden) för fotoner under deras spridning. Det kan observeras när röntgenfotoner sprids av fria elektroner eller av kärnor när gammastrålning sprids.

Ris. 2.5. Inställningsschema för att studera Compton-effekten.

Tr- röntgenrör

Comptons experiment var följande: han använde den så kallade linjen Ka i det karakteristiska röntgenspektrumet av molybden med en våglängd λ 0 = 0,071 nm. Sådan strålning kan erhållas genom att bombardera en molybdenanod med elektroner (Fig. 2.5), skära av strålning från andra våglängder med hjälp av ett system av membran och filter ( S). Passage av monokromatisk röntgenstrålning genom ett grafitmål ( M) leder till spridning av fotoner i vissa vinklar φ , det vill säga att ändra utbredningsriktningen för fotoner. Genom att mäta med en detektor ( D) energin hos fotoner spridda i olika vinklar kan man bestämma deras våglängd.

Det visade sig att det i spektrumet av spridd strålning, tillsammans med strålning som sammanfaller med den infallande strålningen, finns strålning med en lägre fotonenergi. I detta fall, skillnaden mellan våglängderna för infallande och spridd strålning ∆ λ = λ – λ 0 ju större, desto större vinkel som bestämmer den nya riktningen för fotons rörelse. Det vill säga, fotoner med en längre våglängd spreds i stora vinklar.

Denna effekt kan inte underbyggas av den klassiska teorin: ljusets våglängd bör inte ändras under spridning, eftersom under inverkan av ett periodiskt fält av en ljusvåg, oscillerar elektronen med fältets frekvens och måste därför utstråla sekundära vågor med samma frekvens i vilken vinkel som helst.

Förklaringen till Compton-effekten gavs av kvantteorin om ljus, där ljusspridningsprocessen betraktas som elastisk kollision mellan fotoner och materiens elektroner. Under denna kollision överför fotonen till elektrondelen av sin energi och rörelsemängd i enlighet med lagarna för deras bevarande, precis som i den elastiska kollisionen mellan två kroppar.

Ris. 2.6. Compton-spridning av en foton

Eftersom efter interaktionen av en relativistisk partikel av en foton med en elektron, den senare kan uppnå en ultrahög hastighet, måste lagen om energibevarande skrivas i en relativistisk form:

(2.8)

Var hv 0 Och hνär energierna för infallande respektive spridda fotoner, mc 2är elektronens relativistiska viloenergi, är elektronens energi före kollisionen, e eär energin hos en elektron efter en kollision med en foton. Lagen om bevarande av momentum har formen:

(2.9)

var p0 Och sidär fotonmomentet före och efter kollisionen, peär elektronens rörelsemängd efter kollisionen med fotonen (före kollisionen är elektronens rörelsemängd noll).

Vi kvadrat uttryck (2,30) och multiplicerar med sedan 2:

Låt oss använda formler (2.5) och uttrycka fotonmoment i termer av deras frekvenser: (2.11)

Med tanke på att energin hos en relativistisk elektron bestäms av formeln:

(2.12)

och genom att använda energisparlagen (2.8) får vi:

Vi kvadrerar uttrycket (2.13):

Låt oss jämföra formlerna (2.11) och (2.14) och utföra de enklaste transformationerna:

(2.16)

Frekvensen och våglängden är relaterade till förhållandet ν =s/ λ , så formel (2.16) kan skrivas om som: (2.17)

Våglängdsskillnad λ – λ 0 är ett mycket litet värde, så Compton-ändringen i strålningens våglängd märks endast vid små absoluta värden av våglängden, det vill säga effekten observeras endast för röntgen- eller gammastrålning.

Våglängden för den spridda fotonen, som experimentet visar, beror inte på ämnets kemiska sammansättning, den bestäms endast av vinkeln θ på vilken fotonen är spridd. Detta är lätt att förklara om vi betänker att fotoner inte sprids av kärnor, utan av elektroner, som är identiska i vilken substans som helst.

Värde h/mc i formel (2.17) kallas Compton-våglängden och för en elektron är lika med λc= 2,43 10 –12 m.

De mest kompletta korpuskulära egenskaperna hos ljus manifesteras i Compton-effekten. Compton, som studerade spridningen av monokromatisk röntgenstrålning av ämnen med lätta atomer (paraffin, bor), fann att i sammansättningen av den spridda strålningen, tillsammans med strålningen från den initiala våglängden, observeras också strålning med längre våglängder.

Experiment har visat att skillnaden Δ λ=λ΄-λ beror inte på våglängden λ infallande strålning och arten av spridningsämnet, men bestäms endast av spridningsvinkeln θ :

Δ λ=λ΄-λ = 2λ s sin 2 , (32.9)

var λ΄ - våglängd för spridd strålning, λ s- Compton våglängd
(när en foton sprids av en elektron λ s= 14.426 pm).

Compton effekt kallas elastisk spridning av kortvågig elektromagnetisk strålning (röntgen och γ -strålning) på fria (eller svagt bundna) elektroner av materia, åtföljd av en ökning av våglängden.

Denna effekt passar inte in i ramverket för vågteorin, enligt vilken våglängden inte bör ändras under spridning: under inverkan av ett periodiskt fält av en ljusvåg svänger en elektron med fältets frekvens och avger därför spridda vågor av samma frekvens.

Förklaringen av Compton-effekten ges utifrån kvantuppfattningar om ljusets natur. Compton-effekten är resultatet av en elastisk kollision av röntgenfotoner med fria materiaelektroner (för lätta atomer är elektroner svagt bundna till atomernas kärnor, så de kan betraktas som fria). Under denna kollision överför fotonen till elektrondelen av sin energi och rörelsemängd i enlighet med lagarna för deras bevarande.

Betrakta en elastisk kollision av två partiklar (Fig. 32.3) - en infallande foton med ett momentum рf = hν/s och energi E f = hν, med en fri elektron i vila (viloenergi W 0 = m 0 från 2 ;m 0 är elektronens vilomassa). En foton, som kolliderar med en elektron, överför en del av sin energi och rörelsemängd till den och ändrar rörelseriktningen (scatters). En minskning av fotonenergi innebär en ökning av våglängden för den spridda strålningen. I varje kollision uppfylls lagarna för bevarande av energi och momentum.

Enligt energisparlagen

W 0 + E f=W + E f", (32.10)

och enligt lagen om bevarande av momentum

r f = r e + r f ", (32.11)

Var W 0 = m 0 sedan 2är elektronens energi före kollisionen, E f = hνär energin för den infallande fotonen, W= - elektronenergi efter kollision, E f" = hν"är energin för den spridda fotonen. Låt oss ersätta i uttrycket (32.10) värdena för kvantiteterna och presentera (32.11) i enlighet med fig. 32,3 får vi

m 0 med 2 + hν = + hν",(32.12)

2 vv" cos θ . (32.13)

Att lösa ekvationerna (32.12) och (32.13) gemensamt får vi

m 0 från 2 (ν- ν" )= hvv"(1 – cos θ ). (32.14)

I den mån som v = c/λ, v" = c/λ" och A λ=λ΄-λ, vi får

Δ λ= synd 2 . (32.15)

Uttryck (32.15) är inget annat än formel (32.9) som erhållits experimentellt av Compton.

Närvaron av en oförskjuten linje (strålning av den ursprungliga våglängden) i sammansättningen av den spridda strålningen kan förklaras enligt följande. När man övervägde spridningsmekanismen antog man att fotonen endast kolliderar med en fri elektron. Men om elektronen är starkt bunden till atomen, vilket är fallet för interna elektroner (särskilt i tunga atomer), så byter fotonen energi och rörelsemängd med atomen som helhet. Eftersom massan av en atom är mycket stor jämfört med massan av en elektron, överförs endast en obetydlig del av fotonenergin till atomen. Därför, i detta fall, kommer våglängden för den spridda strålningen praktiskt taget inte att skilja sig från våglängden för den infallande strålningen.

Compton-effekten kan inte observeras i det synliga området av spektrumet, eftersom energin hos en foton av synligt ljus är jämförbar med bindningsenergin för en elektron med en atom, och även den yttre elektronen kan inte anses vara fri.

Comptoneffekten observeras inte bara på elektroner utan även på andra laddade partiklar, såsom protoner, men på grund av protonens stora massa är dess rekyl "synlig" endast när fotoner med mycket hög energi sprids.

Både Compton-effekten och den fotoelektriska effekten baserad på kvantkoncept beror på interaktionen mellan fotoner och elektroner. I det första fallet är fotonen spridd, i det andra absorberas den. Spridning uppstår när en foton interagerar med en fri elektron, och den fotoelektriska effekten uppstår när den interagerar med bundna elektroner. När en foton kolliderar med en fri elektron kan absorptionen av en foton inte ske, eftersom detta strider mot lagarna för bevarande av momentum och energi. Därför, när fotoner interagerar med fria elektroner, kan endast deras spridning observeras, dvs Compton-effekten.