刘什敏

(伊犁师范学院物理学院，新疆伊宁 835000)

应用蒙特卡罗模拟测定康普顿波长

刘什敏

(伊犁师范学院物理学院，新疆伊宁 835000)

运用蒙特卡罗程序(MCNP－4C)，选择入射光波长为λ0=0.070 78 nm，4Be为散射物质，模拟了康普顿效应的实验过程.模拟数据反映了康普顿效应的特点，得到了康普顿波长，模拟结果与理论值符合得很好.

蒙特卡罗;康普顿效应;康普顿波长;散射物质;模拟

0 引言

1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线.这种现象称为康普顿效应.

图1是康普顿效应实验装置示意图.由单色X射线源R发出波长为λ0的X射线，准直后垂直入射到散射物质C上，散射光中有波长λ＞λ0的成分，用摄谱仪S可探测到不同散射角θ处散射线的强度.康普顿利用光子理论，成功地解释了康普顿效应.将X射线看成是由大量光子组成的，X射线被物质散射实质上是光子与物质中的“自由”电子发生弹性碰撞，光子将一部分能量交给电子，使得散射光子能量减少，波长增加.根据碰撞过程中满足动量守恒和能量守恒，从理论上导出散射光波长改变量为

康普顿效应的发现进一步打消了人们对光量子假说的怀疑，从而证实了光的波粒二象性，为20世纪初的物理学革命奠定了坚实的实验基础.本文通过MCNP－4C程序［2-3］模拟康普顿效应，验证了公式(1)，并得到康普顿波长，与理论值相符.

1 模拟计算

图2为模拟模型示意图，用波长为λ0=0.070 78 nm、能量E0=h=0.017 55 MeV的钼的特征伦琴射线垂直入射到厚度为2 cm的散射物质4Be上.设置一个半径为20 cm大圆面S1，用F1计数卡记录穿过S1面的散射粒子数.在θ方向设置一个半径为1 cm的小圆S，采用FS卡用S将大圆S1割为两部分，其内部计数就是在θ方向的散射粒子数，用E卡将0～0.18 MeV能量均匀分成1 000份，就可得到任意θ方向散射线的粒子数随能量的分布，进而转化为强度随波长的分布.程序运行粒子数为109个，误差小于5%.

图3 散射光的光强分布Fig.3The intensity distribution of scattering light

图4 康普顿散射与角度的关系Fig.4Relation of Compton scattering and angle

2 结论

本文采用MCNP－4C程序，很好地模拟康普顿效应，反映了康普顿效应的实验规律，并得到了康普顿波长.可以看出蒙特卡罗方法的可行性和可靠性.用它可以模拟实验甚至代替实验.

［1］马文蔚，解希顺，周雨青.物理学［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］Kirk.User’s Guide to CCC-700，MCNP－4C［Z］.Los Alamos National Laboratory，1995.

［3］许淑艳.蒙特卡罗方法在实验核物理中的应用［M］.北京:原子能出版，1996.

Measurement of Compton Wave Length by Simulation of Monte Carlo

LIU Shen-min

(College of Physics，Yili Normal University，Yini 835000，China)

The experiment process of Compton Effect is simulated by a Monte Carlo program(MCNP－4C)，with an incident ray，wave length λ0=0.070 78 nm and scattering material of4Beselected.The result reflects features of Compton Effect and gets Compton wave length，which is in accordance with the theory.

Monte Carlo;Compton Effect;Compton wave length;scattering material;simulation

O571.323

A

1007－0834(2012)02－0033－02

10.3969/j.issn.1007－0834.2012.02.010

2012－02－21

刘什敏(1982—)，女，河南商丘人，伊犁师范学院物理学院讲师.