Principe
On envoie un faisceau de rayons X durs ou de rayons γ de fréquence ν et de longueur d'onde λ = c / ν sur une cible très mince. On observe les rayons diffusés dans une direction faisant
l'angle φ avec la direction Ox du faisceau incident. On constate que la longueur d'onde λ' des photons
diffusés est supérieure à λ et que cette longueur d'onde est fonction de l'angle d'observation.
Ce phénomène, qui est l'effet Compton, résulte de l'interaction entre le photon incident et un électron.
Le photon cède de l'énergie à l'électron : le photon diffusé a une longueur d'onde plus grande et l'électron quitte la cible avec une vitesse V dans une direction faisant l'angle ψ avec Ox.
L'énergie d'un électron lié à un atome de la cible est de quelques eV. Cette énergie est négligeable
devant celle du photon incident et on peut considérer que la vitesse initiale de l'électron est nulle.
Compte tenu des énergies, il faut utiliser les relations relativistes de la quantité de mouvement et de l'énergie.
Les calculs qui permettent de déterminer λ' , la vitesse V de l'électron et l'angle ψ sont détaillés dans cette page.
m est la masse de l'électron et c la vitesse de la lumière.
La relation de Compton : λ'− λ = (1 − cosφ) h / mc permet de déterminer la longueur d'onde des photons qui émergent dans la direction φ.
La quantité λC = h / mc = 0,02426 Å est la longueur d'onde de Compton. Du fait de cette valeur, l'effet n'est sensible que pour des photons dont l'énergie dépasse les 100 keV.
IL faut noter que cette diffusion est incohérente et qu'elle genère uniquement du bruit dans lors de la diffraction des rayons X par la matière.
Utilisation
Choisir l'angle d'observation des photons diffusés et la longueur d'onde des photons incidents.
Le photon incident
est figuré en rouge (vitesse c). Le photon diffusé est figuré en jaune (vitesse c). L'électron de recul est figuré en bleu (vitesse V).
Le programme indique la valeur de l'énergie du photon incident E0 en keV, la longueur d'onde λ' du photon diffusé, l'angle ψ des électrons de recul et leur vitesse V.