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X선의 입자성은 광전효과와 콤프턴 효과에서 도식적으로 증명된다. 흑체(이론적으로 완전히 무반사, 즉 완전한 흡수체) 복사를 설명하기 위해서 막스 플랑크는 ν가 복사의 진동수이고 h가 상수(현재 플랑크 상수로 불림)인 hν로 주어지는 에너지를 가진 작은 덩어리인 양자로 복사된다는 것을 가정했다.

플랑크의 가정은 흑체복사를 설명한 것 외에 알베르트 아인슈타인의 광전효과 설명에 중요한 역할을 했다. 광전효과에서는 흡수된 전자기복사가 흡수체로부터 전자를 방출시킨다. 아인슈타인의 광전방정식에 의하면 방출된 전자의 운동 에너지 Ek는 입사광자의 에너지 hν에서 시료 밖으로 전자를 방출하는 데 필요한 일 W₀를 뺀 값과 같다.

즉, 이 방정식은 처음에는 금속표면에 흡수된 광자에 대해서 유도되었지만, W₀가 원자의 속박상태에서 전자를 방출시키는 데 필요한 일일 경우 X선 광자에 대해서도 성립한다.

X선의 입자성을 증명하는 일련의 실험 중 2번째는 1922~23년에 콤프턴에 의해 행해졌다. 그는 X선 분광계를 사용하여 가벼운 원소로부터 산란된 X선의 파장을 측정했다. 그는 1차 선속과 같은 파장을 갖는 산란된 X선 외에 장파장 쪽에서 2번째 또는 '변경된' 피크(peak)를 발견했다. 이 2번째 피크의 강도와 파장은 시료로부터의 산란각의 함수였다.

현재 콤프턴 효과로 알려져 있는 이 효과는 콤프턴이 설명했으며, 네덜란드의 과학자인 피터 드베이어에 의해서도 독자적으로 설명되었다. 그들은 1차적인 X선 광자가 서로 다른 질량을 갖는 2개의 매끄러운 탄성체 공들의 충돌과 유사한 방법으로 산란물질 내에서 전자와 충돌하는 작은 공으로 간주될 수 있다고 제안했다. 광자는 그후 되튐전자에게 그 에너지의 일부를 잃으며 더 긴 파장의 광자로 된다. 그들은 에너지와 운동량(질량과 속도의 곱)의 보존법칙이 광자와 전자 사이의 충돌에서 성립한다고 가정함으로써 더 높은 피크를 나타내는 산란 X선의 파장변이를 유도할 수 있었다(→ X선 산란).