Střední volná dráha

RadiographyEdit

V gamma-ray radiografie střední volná dráha tužka paprsek mono-energetických fotonů je průměrná vzdálenost, kterou foton urazí mezi srážkami s atomy terče materiál. To závisí na materiálu a energie fotonů:

ℓ = μ − 1 = ( ( μ / ρ ) ρ ) − 1 , {\displaystyle \ell =\mu ^{-1}=((\mu /\rho )\rho )^{-1},}

kde μ je lineární útlum koeficient μ/ρ je hmotnostní koeficient útlumu a ρ je hustota materiálu. Koeficient hmotnostního útlumu lze vyhledat nebo vypočítat pro jakoukoli kombinaci materiálu a energie pomocí databází Národního institutu pro standardy a technologie (NIST).

V X-ray radiografie výpočet střední volná dráha je složitější, protože fotony nejsou mono-energický, ale mají některé distribuce energie se nazývá spektrum. Jak se fotony pohybují cílovým materiálem, jsou oslabeny pravděpodobností v závislosti na jejich energii, v důsledku toho se jejich distribuce mění v procesu zvaném kalení spektra. Kvůli vytvrzení spektra se střední volná dráha rentgenového spektra mění se vzdáleností.

někdy se měří tloušťka materiálu v počtu průměrných volných cest. Materiál o tloušťce jedné střední volné dráhy zeslabí na 37% (1/e) fotonů. Tento koncept úzce souvisí s polovinou hodnoty vrstvy (HVL): materiál o tloušťce jednoho HVL zeslabí 50% fotonů. Standardní rentgenový obraz je přenosový obraz, obraz s negativním logaritmem jeho intenzity se někdy nazývá řada středních volných cest.

Electronicedit

V makroskopické starosti dopravu, střední volná dráha z nosiče náboje v kovové ℓ {\displaystyle \ell } je úměrná elektrické mobility μ {\displaystyle \mu } , hodnota přímo souvisí s elektrickou vodivostí, která je:

μ = q τ m = q ℓ m ∗ v F , {\displaystyle \mu ={\frac {q\tau }{m}}={\frac {q\ell }{m^{*}v_{\rm {F}}}},}

, kde q je náboj, τ {\displaystyle \tau } je střední volného času, m* je efektivní hmotnost, a vF je Fermiho rychlost nosiče náboje. Rychlost Fermiho lze snadno odvodit z energie Fermiho pomocí nerelativistické rovnice kinetické energie. V tenkých filmů, nicméně, tloušťka může být menší než předpokládaná střední volná dráha, takže povrch rozptyl mnohem výraznější, efektivně zvyšuje odpor.

k pohyblivosti elektronů prostřednictvím média s rozměry menšími, než je střední volná dráha elektronů, dochází balistickým vedením nebo balistickým transportem. V takových scénářích elektrony mění svůj pohyb pouze při srážkách se stěnami vodičů.

OpticsEdit

Pokud jeden trvá pozastavení non-světlo-absorbující částice o průměru d s objemový zlomek Φ, střední volná dráha fotonů, je:

ℓ = 2 d 3 Φ Q s , {\displaystyle \ell ={\frac {2d}{3\Phi Q_{\text{s}}}},}

kde Qs je rozptyl faktoru efektivity. Qs lze numericky vyhodnotit pro sférické částice pomocí teorie Mie.

Acousticedit

v jinak prázdné dutině je střední volná dráha jediné částice odrážející se od stěn:

ℓ = F, V, S , {\displaystyle \ell ={\frac {FV}{S}},}

, kde V je objem dutiny, S je celkový vnitřní povrch dutiny, a F je konstantní týkající se tvaru dutiny. Pro většinu jednoduchých tvarů dutin, F je přibližně 4.

tento vztah se používá při odvození Sabinovy rovnice v akustice pomocí geometrické aproximace šíření zvuku.

Jaderná a částicová fyzikaeditovat

v částicové fyzice se pojem střední volné dráhy běžně nepoužívá a nahrazuje se podobným pojmem útlumové délky. Zejména u vysokoenergetických fotonů, které většinou interagují produkcí páru elektron-pozitron, se délka záření používá podobně jako průměrná volná cesta v radiografii.

modely nezávislých částic v jaderné fyzice vyžadují nerušenou oběžnou dráhu nukleonů v jádře dříve, než interagují s jinými nukleony.

efektivní střední volnou dráhou nukleon v jaderné hmotě musí být poněkud větší, než atomová rozměry s cílem umožnit využívání nezávislých částic model. Tento požadavek se zdá být v rozporu s předpoklady uvedenými v teorii … Stojíme zde před jedním ze základních problémů fyziky jaderných struktur, který ještě nebyl vyřešen.

– John Markus Blatt a Victor Weisskopf, teoretická jaderná fyzika (1952)