在原子物理學(xué)中，康普頓散射，或稱康普頓效應(yīng)（英語：Compton effect），是指當X射線或伽馬射線的光子跟物質(zhì)相互作用，因失去能量而導(dǎo)致波長變長的現(xiàn)象。相應(yīng)的還存在逆康普頓效應(yīng)——光子獲得能量引起波長變短。這一波長變化的幅度被稱為康普頓偏移。
康普頓效應(yīng)通常指物質(zhì)電子云與光子的相互作用，但還有物質(zhì)原子核與光子的相互作用——核康普頓效應(yīng)存在。
康普頓效應(yīng)
簡介
康普頓效應(yīng)首先在1923年由美國華盛頓大學(xué)物理學(xué)家康普頓觀察到，并在隨后的幾年間由他的研究生吳有訓(xùn)進一步證實。康普頓因發(fā)現(xiàn)此效應(yīng)而獲得1927年的諾貝爾物理學(xué)獎。
這個效應(yīng)反映出光不僅僅具有波動性。此前湯姆孫散射的經(jīng)典波動理論并不能解釋此處波長偏移的成因，必須引入光的粒子性。這一實驗說服了當時很多物理學(xué)家相信，光在某種情況下表現(xiàn)出粒子性，光束類似一串粒子流，而該粒子流的能量與光頻率成正比。
在引入光子概念之后，康普頓散射可以得到如下解釋：電子與光子發(fā)生彈性碰撞（彈性碰撞產(chǎn)生的非彈性散射），電子獲得光子的一部分能量而反彈，失去部分能量的光子則從另一方向飛出，整個過程中總動量守恒，如果光子的剩余能量足夠多的話，還會發(fā)生第二次甚至第三次彈性碰撞。
康普頓散射可以在任何物質(zhì)中發(fā)生。當光子從光子源發(fā)出，射入散射物質(zhì)（一般指金屬）時，主要是與電子發(fā)生作用。如果光子的能量相當?shù)停ㄅc電子束縛能同數(shù)量級），則主要產(chǎn)生光電效應(yīng)，原子吸收光子而產(chǎn)生電離。如果光子的能量相當大（遠超過電子的束縛能）時，則我們可以認為光子對自由電子發(fā)生散射，而產(chǎn)生康普頓效應(yīng)。如果光子能量極其大（>1.022百萬電子伏特）則足以轟擊原子核而生成一對粒子：電子和正電子，這個現(xiàn)象被稱為成對產(chǎn)生。
由于光子具有波粒二象性，因此，應(yīng)該可以用波動理論詮釋這效應(yīng)。埃爾溫·薛定諤于1927年給出半經(jīng)典理論。這理論是用經(jīng)典電動力學(xué)來描述光子，用量子力學(xué)來描述電子。
康普頓頻移公式
康普頓本人引用光電效應(yīng)和狹義相對論來解釋這一現(xiàn)象，并依據(jù)余弦定律推導(dǎo)得出康普頓頻移公式
其中的符號對應(yīng)如下
λo, 撞前波長
λ， 撞后波長
m, 電子質(zhì)量
θ, 光子方向轉(zhuǎn)動角（碰撞前后的路徑夾角）
h, 普朗克常數(shù)
c, 光速
應(yīng)用
康普頓效應(yīng)對放射生物學(xué)十分重要，由于它是高能量X射線與生物中的原子核間，最有可能發(fā)生的相互作用，因此亦被應(yīng)用于放射療法。
材料物理中，康普頓效應(yīng)可以用于探測物質(zhì)中的電子波函數(shù)。
康普頓效應(yīng)也是伽馬射線光譜學(xué)中的重要效應(yīng)，它是導(dǎo)致（光譜圖表上）康普頓邊緣的原因，因為伽馬射線有可能被散射出所用的探測器以外。康普頓抑壓法（用較廉價的探測器去包圍較高價的主探測器）被用于探測走散的散射伽馬射線而抵消此作用帶來的影響。
逆康普頓散射
逆康普頓散射在天體物理學(xué)上有重要意義。在X射線天文學(xué)中，黑洞周圍的吸積盤被認為會產(chǎn)生熱輻射。此輻射所產(chǎn)生的低能光子會與黑洞的暈中的相對論性電子發(fā)生逆康普頓散射，從而獲得能量。此現(xiàn)象被視為是吸積黑洞的X射線光譜（0.2-10千電子伏）中冪次項的成因。
當宇宙微波背景輻射穿過星系團周圍的熱氣體時，逆康普頓效應(yīng)亦能被觀測到。宇宙微波背景輻射的光子被氣體中的電子散射到更高的能量去，即所觀測到的蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)。
