Calculateur de Diffusion Compton

Calculez les paramètres de diffusion photon-électron

Entrez l'énergie du photon incident et l'angle de diffusion pour calculer les effets de diffusion Compton incluant le décalage de longueur d'onde, le transfert d'énergie et l'énergie du photon diffusé.

Exemples de Calculs

Scénarios courants de diffusion Compton

Diffusion de Rayons X Médicaux

X-ray Medical

Diffusion typique de rayons X en imagerie médicale

Énergie Incidente: 100 keV

Angle de Diffusion: 45 °

Diffusion de Rayons Gamma

Gamma Ray

Diffusion de rayons gamma de haute énergie

Énergie Incidente: 1.17 MeV

Angle de Diffusion: 90 °

Analyse de Rétrodiffusion

Backscatter

Scénario de détection par rétrodiffusion

Énergie Incidente: 662 keV

Angle de Diffusion: 180 °

Diffusion Vers l'Avant

Forward Scatter

Diffusion vers l'avant avec perte d'énergie minimale

Énergie Incidente: 50 keV

Angle de Diffusion: 10 °

Autres titres
Comprendre la Diffusion Compton : Un Guide Complet
Explorez le phénomène quantique fondamental de la diffusion photon-électron

Qu'est-ce que la Diffusion Compton ?

  • La Nature Quantique de la Lumière
  • Interaction Photon-Électron
  • Découverte Historique
La diffusion Compton est un phénomène quantique fondamental où un photon entre en collision avec un électron, résultant en un changement de la longueur d'onde et de la direction du photon. Cet effet démontre la nature particulaire du rayonnement électromagnétique et fournit des preuves cruciales pour la mécanique quantique.
L'Effet Compton Expliqué
Lorsqu'un photon interagit avec un électron libre ou faiblement lié, il transfère une partie de son énergie et de sa quantité de mouvement à l'électron. Le photon diffusé émerge avec une énergie réduite (longueur d'onde augmentée) et à un angle différent, tandis que l'électron recule avec l'énergie transférée.
Le décalage de longueur d'onde est donné par la formule de Compton : Δλ = λ' - λ = (h/mc)(1 - cos θ), où h est la constante de Planck, m est la masse de l'électron, c est la vitesse de la lumière, et θ est l'angle de diffusion.

Applications Réelles

  • Diffusion de rayons X en imagerie médicale
  • Interactions de rayons gamma en physique nucléaire
  • Études de rayons cosmiques en astrophysique

Guide Étape par Étape pour Utiliser le Calculateur de Diffusion Compton

  • Paramètres d'Entrée
  • Processus de Calcul
  • Interprétation des Résultats
Le calculateur de diffusion Compton nécessite deux entrées principales : l'énergie du photon incident et l'angle de diffusion. L'énergie peut être spécifiée en keV (kilo-électron volts) ou MeV (méga-électron volts), selon l'application.
Exigences d'Entrée
1. Énergie du Photon Incident : Entrez l'énergie du photon entrant. Pour les rayons X, les valeurs typiques vont de 10-150 keV. Pour les rayons gamma, les valeurs peuvent être de 100 keV à plusieurs MeV.
2. Angle de Diffusion : Spécifiez l'angle entre les directions du photon incident et diffusé. Cela va de 0° (diffusion vers l'avant) à 180° (rétrodiffusion).
3. Unité d'Énergie : Sélectionnez l'unité appropriée (keV ou MeV) pour votre calcul.

Scénarios de Calcul Courants

  • Rayon X médical : 100 keV à 45°
  • Spectroscopie gamma : 1,17 MeV à 90°
  • Scan de sécurité : 662 keV à 180°

Applications Réelles de la Diffusion Compton

  • Imagerie Médicale
  • Physique Nucléaire
  • Astrophysique et Cosmologie
La diffusion Compton a de nombreuses applications pratiques dans divers domaines scientifiques et médicaux. Comprendre ce phénomène est crucial pour développer des techniques d'imagerie avancées et étudier les interactions fondamentales des particules.
Applications Médicales
En imagerie médicale, la diffusion Compton est à la fois un défi et un outil. Bien qu'elle puisse dégrader la qualité d'image en radiographie par rayons X, elle est aussi exploitée en tomographie par ordinateur (CT) et en imagerie par caméra gamma. Les caméras Compton utilisent l'effet de diffusion pour déterminer la direction des sources de rayons gamma.
La planification de la radiothérapie dépend aussi de la compréhension de la diffusion Compton pour calculer les distributions de dose et assurer une délivrance de traitement précise.

Applications d'Imagerie Médicale

  • Reconstruction d'image par scanner CT
  • Imagerie par caméra gamma
  • Planification de radiothérapie

Idées Fausses Courantes et Méthodes Correctes

  • Conservation de l'Énergie
  • Dépendances Angulaires
  • Effets de Liaison Électronique
Plusieurs idées fausses existent sur la diffusion Compton qui peuvent mener à des erreurs de calcul. Comprendre ces points aide à assurer des résultats précis et une interprétation correcte du phénomène.
Principe de Conservation de l'Énergie
Une idée fausse courante est que le photon diffusé a toujours une énergie inférieure au photon incident. Bien que ce soit généralement vrai, la perte d'énergie dépend de l'angle de diffusion. À 0° (diffusion vers l'avant), il y a une perte d'énergie minimale, tandis qu'à 180° (rétrodiffusion), la perte d'énergie est maximale.
Le transfert d'énergie vers l'électron est donné par : Etransfert = Eincident - Ediffusé, où Ediffusé = Eincident / [1 + (Eincident/mc²)(1 - cos θ)].

Perte d'Énergie Dépendante de l'Angle

  • Diffusion vers l'avant : perte d'énergie minimale
  • Diffusion à 90° : perte d'énergie modérée
  • Rétrodiffusion : perte d'énergie maximale

Dérivation Mathématique et Exemples

  • Dérivation de la Formule de Compton
  • Conservation Énergie-Quantité de Mouvement
  • Calculs Pratiques
La formule de diffusion Compton peut être dérivée des principes de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement dans les collisions relativistes. L'idée clé est de traiter le photon comme une particule avec une énergie E = hc/λ et une quantité de mouvement p = h/λ.
Dérivation de la Formule de Compton
En commençant par la conservation de l'énergie : Eincident + mc² = Ediffusé + √(p_électron²c² + m²c⁴), et la conservation de la quantité de mouvement dans les directions x et y, nous pouvons dériver la formule de décalage de longueur d'onde.
La longueur d'onde de Compton de l'électron, λ_c = h/mc ≈ 2,426 × 10⁻¹² m, est une constante fondamentale qui apparaît dans la formule. Cela représente le décalage de longueur d'onde pour une diffusion à 180°.
Pour les calculs pratiques, l'énergie du photon diffusé est : E' = E / [1 + (E/mc²)(1 - cos θ)], où E est l'énergie du photon incident et mc² ≈ 511 keV est l'énergie de repos de l'électron.

Exemples de Calculs

  • Photon de 100 keV à 90° : Δλ ≈ 0,024 Å
  • Photon de 1 MeV à 180° : Δλ ≈ 0,048 Å
  • Photon de 10 keV à 45° : Δλ ≈ 0,007 Å