Heute haben wir in Physik mit dem Compton-Effekt angefangen, dessen Ergebnise für viel Verwirrung sorgten, die uns auch unser Physiklehrer nicht erkären konnte.
Zum Beispiel: Bei gleich bleibendem Streuwinkel Delta nimmt die Intensität der Strahlung, die keine Wellenlängenänderung erfahren hat mit zunehmender Ordnungszahl Z des Streukörpers ZU!
Wieso???
Unser Physiklehrer bot als Möglichkeit an, dass mit steigender Ordnungszahl mehr elektronen vorhanden sind, die stark an den Kern gebunden sind und folglich keine Wellenlängenänderung bei den Photonen verursachen. Das haben wir heftigst dementiert, als Argumente führten wir Edelgase an und die Tatsache, dass es nur von der Anzahl der Valenzelektronen abhänge, wieviel Photonen eine Wellenlängennderung erfahren. Wir sind dann noch auf einige weitere Faktoren gekommen, konnten sie aber nicht zu einem zusammenhängenden Bild formen.
Deswegen frage ich euch: Wie wird das erklärt, dass bei steigender Ordnungszahl des Streukörpers der Anteil der Strahlung, die keine Wellenlängenänderung erfarhen hat zunimmt?
Ich hoffe ich hab dein Problem richtig verstanden.
Ihr habt den Versuch ja bestimmt mit Röntgenstrahlung durchgeführt. Und bei Wechselwirkung von x-ray mit Materie ist es wirklich so dass der Streufaktor mit steigender Z zunimmt, weil quasi mehr Elektronen mit der Strahlung wechselwirken, sie aber ihre Energieniveaus halten (kein Impuls des Elektrons). Der Streuanteil wird also größer als der Compton-anteil und somit bekommst du eine größere Intensität am Detektor.
da mich nur deine Frage interessiert hat, ich mich aber nicht in das Thema eingelesen habe, gibt’s für dich nur eine Kopie aus einem Artikel
Photonen, die auf feste Elektronen oder Atomkerne treffen, ändern zwar ihre Bewegungsrichtung, nicht aber ihre Frequenz, da die festen Teilchen praktisch keine kinetische Energie erhalten. Dadurch besteht die gestreute Strahlung neben der durch den Compton-Effekt langwelligeren Strahlung auch zu einem Anteil aus Strahlung mit der Ausgangswellenlänge, der vom Ablenkwinkel abhängt. Man beachte, dass für energiereichere Strahlung (beispielsweise Röntgenstrahlung) auch die Hüllenelektronen näherungsweise als frei angesehen werden können.
mehr Elektronen mit der Strahlung wechselwirken,
sie aber ihre Energieniveaus halten
Das war auch die Erklärung des Lehrers, aber wir hatten alle Einbehalte. Zum Beispiel: Edelgase haben ja die höchste Ionisierungsenergie, also die festesten Elektronen, es gibt aber auch alkali metalle mit höherer Ordnungszahl die trotzdem losere Elektronen haben (niedrigere Ionisierungsenergie) und sich hier eigentlich der compton-Anteil erhöhen müsste. Wie muss man hier die Oktettregel verarbeiten? Wie sieht es mit der Wechselwirkung unter den Elektronen aus?
Oder allgemein gehalten: Wieso trifft die Strahlung bei höherer ORdnungszahl öfter auf feste Elektronen als auf losere? (Man kann schlecht argumentieren, dass einfach mehr da sind, die am Kern sind, schließlich gibt es noch andere Dinge zu berücksichtigen!)
Man kann schlecht argumentieren, dass einfach mehr da
sind, die am Kern sind, schließlich gibt es noch andere Dinge
zu berücksichtigen!
Wieso nicht? Hört sich doch ganz logisch an: Mehr fest gebundene Elektronen als lockere -> Mehr Streuung ohne Wellenlängenänderung.
Dein Argument mit dem Alkalimetallen verstehe ich auch nicht: das eine lockere Elektron fällt doch neben den zwanzigtausend anderen fest gebundenen, gar nicht auf.
mehr Elektronen mit der Strahlung wechselwirken,
sie aber ihre Energieniveaus halten
Das war auch die Erklärung des Lehrers, aber wir hatten alle
Einbehalte. Zum Beispiel: Edelgase haben ja die höchste
Ionisierungsenergie, also die festesten Elektronen,
Ja dass stimmt, dass hängt aber mit den voll besetzten p-Orbitalen zusammen. Die hohe Stabilität der Elektronen kommt hier durch einen Quanteneffekt.
Ich glaube allerdings kaum dass ihr den Versuch mit Edelgas gemacht habt.
Man macht doch den Versuch mit Festkörpern.
es gibt
aber auch alkali metalle mit höherer Ordnungszahl die trotzdem
losere Elektronen haben (niedrigere Ionisierungsenergie) und
sich hier eigentlich der compton-Anteil erhöhen müsste.
Bei Metallen spricht man ja vom „Elektronengas“. Sprich die äuseren Elektronen sind im Leitungsband (im ganzen Festkörper verteilt) und nicht mehr an die jeweiligen Atome gebunden. Die Warscheinlichkeit ein frei bewegliches Elektron zu treffen (was ja auch als Welle beschrieben wird) ist bei größeren Atomen geringer. Die Röntgenstrahlung wechselwirkt somit öfters mit den gebundenen Elektronen (da bei größerem Z mehr vorhanden).Die Warscheinlichkeit den Comptonimpuls auf das Elektron zu übertragen ist somit unwarscheinlicher, da gebundene Elektronen nur diskrete Energien aufnehmen können.
