基于Geant4模拟的康普顿散射研究

在暗物质直接探测实验当中,高能gamma射线是重要的本底来源之一.高能光子由于康普顿散射的原因会在高纯锗探测器中会产生低能本底. CDMSlite实验中发现低能区域的康普顿能谱存在康普顿台阶,脉冲近似(Impulse Approximation, IA)理论解释了台阶出现的原因是原子中电子处于束缚状态,它使用散射函数来描述电子的束缚效应.为了探究这些台阶与散射函数以及入射能量之间的关系,我们使用Geant4程序对康普顿散射中的康普顿台阶进行了研究.研究发现随着初始光子能量增高,K壳层与L壳层的康普顿台阶会变得越来越平缓,直至斜率趋近于零.     

激光-电子非线性康普顿散射中电子的特性研究

利用单粒子理论和电子与光子非弹性碰撞模型,对激光-电子非线性康普顿散射的电子的速度进行了研究.通过理论推导得出了电子的能量变化因子的表达式,同时讨论了电子与光子碰撞后的速度.结果表明,电子与光子碰撞后的速度不仅与碰撞之前电子的速度和n光子集团的频率有关,还与电子与n光子集团入射方向与散射方向间的夹角和光子的散射角有关.     

NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素

自康普顿散射提出以来,其理论研究和应用研究一直是国内外的热点。基于NaCl和KCl溶液的康普顿散射,通过一定的近似处理,从理论上分析适合这两种溶液的康普顿散射光子数与溶液浓度之间的关系表达式;然后,通过康普顿散射实验验证康普顿散射的理论和实验研究。为了从更微观的角度来把握NaCl和KCl溶液康普顿散射的机理,笔者立足于密度泛函理论对NaCl与KCl溶液的电子结构作了深入分析,得出结论:除质量密度、散射衰减因子以及溶液的浓度外,电子数密度和电子受到的束缚也对康普顿散射光子数有影响,其中,电子数密度是影响NaCl与KCl溶液康普顿散射光子数的主要因素。     

康普顿散射中的'反冲电子'

文章对康普顿散射后电子的状态进行讨论.依椐散射电子所获得的能量分析散射后电于所处的状态,并按相对论效应和非相对论效应分别得到散射电子的速度表达式.根据电子获得的能量,讨论了散射电子的可能状态有:当所获得的能量为零时,电子保持原状态;当cosθ＞1-Eifm0c2/(hv0-Eif)hv0时,电子保持原态并电离出获得的能...     

在γ能谱测量中验证康普顿效应

讨论了有关康普顿平台的基本理论,对康普顿平台的理论分布作了弥散修正;以康普顿平台修正后的理论分布为依据,与γ能谱测量得到的康普顿平台线形比较,得出康普顿反冲电子的能量最大值,将之与理论值相比较,验证康普顿效应.该过程可以作为物理专业的一个中级物理实验,可以使学生得到很多锻炼.     

低能康普顿散射模拟模型在高纯锗探测器中的研究

国际上CDEX、CDMSlite等实验组,在开展直接暗物质探测实验中,发现高能光子本底的来源之一.高能光子在高纯锗探测器中会产生低能本底,这些本底来自于康普顿散射的影响.分析发现低能本底的结构有台阶出现,这与经典理论预测的结果相悖.这是由于原子中电子处于束缚状态,并具有一定的动量,因此康普顿散射在低能部分受到影响.现在已经有低能康普顿散射理论Impulse Approximation(IA)考虑到电子的这些效应,并且应用到模拟实验软件Geant4中. IA理论框架下的模拟模型有三个:Liermore模型、Penelope模型和Monash模型.我们发现三个模型在keV能级以下能谱有康普顿台阶出现,与经典康普顿能谱相比有明显减少.经过计算,在k壳层的台阶高度比例分别为95.92%、92.87%和96.68%,这与只考虑束缚效应而计算出的93.73%不同.三个模型keV能级以下时有大约10%的差异.     

含时的Blazars天体辐射研究

本文在研究Blazar天体辐射中同步辐射和逆康普顿散射起主导作用的两种辐射机制基础上,建立了有高能TeV辐射的Blazar天体的辐射模型.模型中包括辐射源中电子随能量分布及可输出辐射频率和对应的能流量.前者在给出光子谱指数、电子洛伦兹因子最值等参数后,可以得到电子随能量分布的数据;后者在前者的基础上,运用稳定的同步自康普顿模型中的相关公式——包括同步辐射和逆康普顿散射中发射因子和吸收因子的表达式,以及能流量的表达式来输出数据.如果我们推广这个模型到其他的Blazar天体,就可以确定这一类活动星系核的物理参数范围,对活动星系核的研究将起到很大的作用.     

正交电磁场中的康普顿与汤姆逊散射

本文讨论了正交电磁场中康普顿和汤姆逊散射。结果表明强电扬的介入会显著地改变这种散射的性质,具体的数值计算表明对于光学厚源,存在一康普顿散射的透明“窗口”,使逃逸出来的光子呈右旋偏振,这可作为未来观测对用康普顿散射解释γ射线爆能谱的一个重要判据。     

在γ能谱测量中验证康普顿效应

讨论了有关康普顿平台的基本理论，对康普顿平台的理论分布作了弥散修正；以康普顿平台修正后的理论分布为依据，与γ能谱测量得到的康普顿平台线形比较，得出康普顿反冲电子的能量最大值，将之与理论值相比较，验证康普顿效应。该过程可以作为物理专业的一个中级物理实验，可以使学生得到很多锻炼。     

应用Bertozzi实验研究电子的电磁质量

电子的电磁质量构成仍是物理学中一个悬而未决的问题,一般认为电子的电荷分布具有球对称性。由于球对称分布的电荷体系在其运动时的电磁场的相对论能量-速度关系完全不同于相对论(机械)质量-速度关系,那么运动电子的相对论总能量不仅是其速度的函数,也是其电磁质量与已知的电子静质量的比率的函数。基于以上认识,该文采用Bertozzi实验来研究电子的电磁质量,并对这一方法进行了初步的尝试,对电子的电磁质量给出了一个具有一定参考价值的定量结果。     

二次康普顿散射和产生双光子的康普顿散射

从康普顿散射的基本原理出发,基于能量、动量守恒定律和相对论效应,首先讨论了康普顿散射中的二次散射,得出波长的改变量不仅与散射角有关,还与入射光子的波长(频率)有关;其次讨论了产生双光子的康普顿散射,由于这种散射的复杂性,只选取了两种特殊情形来讨论,得出散射光子的频率不仅与两个散射光子的散射角有关,还与入射光子频率有关,单一频率的入射光子发生双光子散射后,散射光子波长的改变还可能是连续变化的;康普顿散射实验说明二次散射和双光子散射的发生是可能的。     

《中国学术期刊文摘》(中文版)述评文章摘录

浅析影响康普顿谱线位置的因素罗光(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)康普顿散射中影响康普顿谱线位置的因素是十分复杂的,主要针对影响康普顿谱线位置的几个因素作了理论探讨,得到影响因素主要在于:电子具有初速度会增大散射波长的改变量;束缚     

光电效应和康普顿散射中光子和电子的相互作用

基于爱因斯坦的光子原理,应用能量,动量守恒定律和相对论效应,讨论了光电效应和康普顿散射中光子与电子相互作用的过程,揭示出二者的物理本质．     

康普顿散射与逆康普顿散射

求出并讨论发生康普顿散射、逆康普顿散射与初始条件和散射角的关系.     

短距离量子电磁场中的快光子发射

在ISR上发现高能单光子发射现象后,通常将这种现象解释为胶子—层子的康普登散射及反层子—层子湮灭、CIM介子—层子散射,等等,但是,理论计算结果与实验数据符合的不大好. 有可能,强子-强子碰撞产生快光子是一种短距离量子电磁场中的现象.快光子的能量-动量分布由短距离量子电磁场的性质所决定.设量子电磁场由于高能强子—强子碰撞而被限制于空间线度l内,光子发射过程发生在时间间隔τ内;当光子频率ω满足τ≤2π/ω或波长λ>1时,光子进入非定域区,量子电磁场具有短距离性质.由Pauli-Jordan的电磁场测不准关系:     

γ射线康普顿轮廓分析装置的建立和电子动量分布的初步测量

在γ射线非相干散射中,由于散射体原子中电子的运动,散线光子的能量将产生多普勒展宽.这种展宽的谱线轮廓,即康普顿轮廓(Compton Profile),包含了散射体原子中电子动量分布的信息.假设k_1和k_2分别为入射光子和散射光子的波矢,E_(y1)和E_(y2)分别为入射光子和散射光子的能量,p 为散射电子在碰撞前的动量,并且取散射矢量k=k_1-k_2的方向为z 轴方向,则根据能量守恒定律(假设电子碰撞前后所处的势能相同),可得     

康普顿散射的再计算

根据参考文献[1-2]给出的理论和方法,重新计算了康普顿散射问题.     

蟹状星云中γ射线的辐射机制

根据蟹状星云中γ射线的观测数据拟合谱,对γ射线的辐射机制进行了分析,通过同步加速吸收的加速机制使电子得到产生γ射线的能量,定性确定了辐射γ射线的电子能量的上限,由观测谱推断高能γ射线是逆康普顿散射机制产生的,并由此确定了不同能量段的γ射线发自星云不同的区域。     

共面不对称几何条件下Xe 4d(e,2e)反应的理论研究

采用标准的扭曲波玻恩近似理论和修正后的扭曲波玻恩近似理论,计算了共面不对称几何条件下Xe 4d轨道(e,2e)反应的三重微分截面.散射电子能量为1 000 eV,敲出电子能量为100 eV,散射电子角度分别固定在2°和8°.理论计算与Avaldi等人的实验结果和理论计算进行了比较,发现两出射电子之间的后碰撞相互作用很弱,考虑极化效应会造成理论计算与实验结果产生很大差别,同时,散射电子和束缚电子之间的交换作用在反应过程中起着重要作用.     

原子物理中三种散射的对比研究

入射粒子与原子、分子的散射实验为原子物理的发展提供了重要的实验依据.本文对α粒子散射、康普顿散射、拉曼散射这三种散射实验中观察到的现象进行了全面对比,加深了对这三种散射的认识和理解.