ظاهرة كومبتون

ظاهرة كومبتون

تُعرف أيضاً بتأثير الكومبتون (Compton-Effect)، وهو عبارة عن حدوثِ تشتّتٍ للفوتون نتيجةَ تصادمهِ مع جُسيمٍ مشحونٍ حر، وغالباً ما يكون إلكتروناً، ويَكمُنُ التأثير الناجم عن هذا التصادم بأنَّ الطاقة تتناقص تدريجياً للفوتون، أي إنَّ طول الموجة يزيد، وتنطبق هذه الظاهرة على الأشعة الكهرومغناطيسية التي تمتاز بامتلاكها الطاقة العالية كما هو الحال في فوتونات أشعةِ غاما وأشعةِ إكس.

تبدأ هذه الطاقة العالية بالانتقال جزئياً من الفوتون إلى جُسيمٍ مُتشتتٍ آخر يكون مشحوناً، ومن الجدير ذكره أنَّ هناكَ ظاهرة أو تأثير كومبتون المعكوس، ويحدث في هذا عكس ما سبق تماماً؛ إذ تبدأ الطاقة بالانتقال من الجسيم المشحون إلى الفوتون، أمّا في حال انخفاض الطاقة في الأشعة فيطلق على هذا النوع من التَشتتْ مُسمّى تشتت تومسون، ويكون في هذه الحالة طول موجتها أطول من الجسيمات المُشتتة عليها.

وصف الظاهرة ومعادلة كومبتون

يعود تاريخ اكتشاف ظاهرة كومبتون إلى عام 1923م، حيث أقدم العالم كومبتون على نشر ورقةٍ تشمل تفسيراً فيزيائياً بحتاً للتغيرات التي تطرأُ على طولِ موجةِ أشعةِ إكس موضّحاً الأسباب بأنّها تُعزى إلى أنَّ الضوء يَسلك سلوكَ الجسيم، ويُشار إلى أنَّ هذا التفسير مبنيٌ على ما جاء به آينشتاين وهو أنّ الجسيمات تَتَألف من مجموعةٍ من الحُزم التي تدخل في تركيبها كميةٌ معينةٌ من الطاقة، والتي تعتمد بشكلٍ كبيرٍ على ترددِ الضوء.

أوجد كومبتون في ورقته علاقةً رياضيةً لهذه العمليّة توجد الرّابط بين تغير طول الموجة مع زاوية التشتت لأشعة إكس، ويأتي ذلك بالاعتماد على فرضية أنَّ كل فوتون يتفاعل مع إلكترونٍ واحدٍ فقط.

تطبيقات ظاهرة كومبتون

تُعاني أشعة غاما من صعوبةِ التركيز باستخدام العدسة، ولذلك فإنَّ تأثير كومبتون يلعب دوراً مهماً عند بدء التصوير باستخدام هذه الأشعة ضمن نطاق الطاقة العالية بين المئات من الإلكترونات فولتات وصولاً إلى عشرات الملايين من إلكترون فولت، ويُستخدم هذا التأثير في تلسكوبات كومبتون من أجل قياس طاقة فوتونٍ ذي تشتتٍ وتحديدِ اتجاهه.

يستخدم تأثير الكومبتون أيضاً في كاميرات كومبتون المستخدمة في التشخيص الطبي والتقنيات النووية أيضاً، ويُعتبر مرصد كومبتون لأشعة غاما من أشهر التلسكوبات التي تستخدمها وكالة ناسا الفضائية، ويُعتبر تسجيل الخريطة السماوية باستخدام أشعة غاما هو النجاح الأول الذي تكللتْ به استخدامات تلسكوب مرصد كومبتون لأشعة غاما، كما تستخدم أيضاً هذه التأثيرات في فحص المسافرين في المطارات، والفحوصات الطبية للكشف عن مواقع الأورام، ومراقبة المؤسسات النووية وكاميرات كومبتون، وكذلك النفايات النووية.