Gennemsnitlig fri sti

Radiografirediger

i gammastråleradiografi er den gennemsnitlige frie vej for en blyantstråle af mono-energiske fotoner den gennemsnitlige afstand, en foton bevæger sig mellem kollisioner med atomer i målmaterialet. Det afhænger af fotonernes materiale og energi:

List = List – 1 = ( ( List / List ) List) – 1, {\displaystyle \ell =\mu ^{-1}=((\mu / \ rho) \ rho )^{-1},}

hvor KRP er den lineære dæmpningskoefficient, KRP / KRP er massedæmpningskoefficienten, og KRP er materialets massefylde. Massedæmpningskoefficienten kan slås op eller beregnes for ethvert materiale og energikombination ved hjælp af National Institute of Standards and Technology (NIST) databaser.

i Røntgenradiografi er beregningen af den gennemsnitlige frie vej mere kompliceret, fordi fotoner ikke er mono-energiske, men har en vis fordeling af energier kaldet et spektrum. Når fotoner bevæger sig gennem målmaterialet, dæmpes de med sandsynligheder afhængigt af deres energi, hvilket resulterer i, at deres distribution ændrer sig i processen kaldet spektrumhærdning. På grund af spektrumhærdning ændres den gennemsnitlige frie vej for Røntgenspektret med afstanden.

nogle gange måler man tykkelsen af et materiale i antallet af gennemsnitlige frie stier. Materiale med tykkelsen af en gennemsnitlig fri sti vil dæmpe til 37% (1/e) fotoner. Dette koncept er tæt forbundet med HALVVÆRDI lag (HVL): et materiale med en tykkelse på en HVL vil dæmpe 50% af fotoner. Et standard røntgenbillede er et transmissionsbillede, et billede med negativ logaritme af dets intensiteter kaldes undertiden et antal gennemsnitlige frie stier billede.

Electronicsrediger

I makroskopisk beregning transport, det betyder fri bane en ladningsbærere i en metal g ar {\displaystyle \ell } er proportional med den elektriske mobilitet μ {\displaystyle \mu } , er en værdi direkte relateret til elektrisk ledningsevne, der er:

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

hvor q er den afgift, τ {\displaystyle \tau } er ensbetydende med fri tid, m* * * er den faktiske masse, og vF er den Fermi hastighed af ladningsbærere. Fermi-hastigheden kan let afledes fra Fermi-energien via den ikke-relativistiske kinetiske energiligning. I tynde film kan filmtykkelsen imidlertid være mindre end den forudsagte gennemsnitlige frie sti, hvilket gør overfladespredning meget mere mærkbar, hvilket effektivt øger resistiviteten.

Elektronmobilitet gennem et medium med dimensioner, der er mindre end den gennemsnitlige fri bane for elektroner, sker gennem ballistisk ledning eller ballistisk transport. I sådanne scenarier ændrer elektroner kun deres bevægelse i kollisioner med ledervægge.

OpticsEdit

hvis man tager en suspension af ikke-lysabsorberende partikler med diameter d med en volumenfraktion, er den gennemsnitlige frie vej for fotonerne:

liter = 2 d 3 liter K s , {\displaystyle \ell ={\frac {2D}{3\Phi K_{\tekst{s}}}},}

hvor Ks er spredningseffektivitetsfaktoren. SPS kan evalueres numerisk for sfæriske partikler ved hjælp af Mie-teori.

AcousticsEdit

i et ellers tomt hulrum er den gennemsnitlige frie vej for en enkelt partikel, der hopper ud af væggene:

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

hvor V er hulrummets volumen, S er det samlede indvendige overfladeareal af hulrummet, og F er en konstant relateret til hulrummets form. For de fleste enkle hulrumsformer er F cirka 4.

denne relation bruges i afledningen af Sabine-ligningen i akustik ved hjælp af en geometrisk tilnærmelse af lydudbredelse.

Nuclear and particle physicsEdit

i partikelfysik er begrebet den gennemsnitlige frie vej ikke almindeligt anvendt, idet den erstattes af det tilsvarende begreb dæmpningslængde. Især for fotoner med høj energi, som for det meste interagerer ved produktion af elektron–positronpar, anvendes strålingslængden meget som den gennemsnitlige frie vej i radiografi.

uafhængige partikelmodeller i kernefysik kræver uforstyrret kredsløb af nukleoner i kernen, før de interagerer med andre nukleoner.

den effektive gennemsnitlige frie vej for et nukleon i nukleart stof skal være noget større end de nukleare dimensioner for at muliggøre brugen af den uafhængige partikelmodel. Dette krav synes at være i modstrid med antagelserne i teorien … Vi står her over for et af de grundlæggende problemer med atomstrukturfysik, som endnu ikke er løst.

– John Markus Blatt og Victor Vaisskopf, teoretisk kernefysik (1952)