Átlagos szabad út

Röntgenfelvételszerkesztés

ban ben gamma-sugár radiográfia a ceruzasugár átlagos szabad útja monoenergetikus fotonok az az átlagos távolság, amelyet a foton a célanyag atomjaival való ütközések között megtesz. Ez a fotonok anyagától és energiájától függ:

6 = 1 = (1), {\displaystyle \ell =\mu ^{-1}=((\mu / \ rho) \ rho )^{-1},}

ahol a lineáris csillapítási együttható, a tömegcsillapítási együttható, míg a tömegcsillapítási együttható az anyag sűrűsége. A tömegcsillapítási együttható bármely anyag-és energiakombináció esetében megkereshető vagy kiszámítható a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) adatbázisai segítségével.

a röntgen radiográfiában az átlagos szabad út kiszámítása bonyolultabb, mivel a fotonok nem monoenergetikusak, hanem az energiák bizonyos eloszlását spektrumnak nevezik. Amint a fotonok áthaladnak a célanyagon, energiájuktól függően valószínűségekkel gyengülnek, ennek eredményeként eloszlásuk megváltozik a spektrum megkeményedésének nevezett folyamatban. A spektrum megkeményedése miatt a röntgen spektrum átlagos szabad útja a távolsággal változik.

néha az anyag vastagságát az átlagos szabad utak számában mérjük. Az egy átlagos szabad út vastagságú anyag a fotonok 37% – ára (1/e) gyengül. Ez a koncepció szorosan kapcsolódik a FÉLÉRTÉKŰ réteghez (HVL): egy HVL vastagságú anyag a fotonok 50% – át gyengíti. A szokásos röntgenkép átviteli kép, az intenzitás negatív logaritmusával rendelkező képet néha számos átlagos szabad útvonal képnek nevezik.

Elektronikaszerkesztés

A makroszkopikus szállítási díj, az átlagos szabad úthossza egy töltéshordozó egy fém ℓ {\displaystyle \ell } arányos az elektromos mobilitás μ {\displaystyle \mu } , értéket közvetlenül kapcsolódó elektromos vezetőképesség, hogy:

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

, ahol q a felelős, τ {\displaystyle \tau } az azt jelenti, szabad idő, a m* a tényleges tömeg, majd vF a Fermi sebesség a felelős fuvarozó. A Fermi sebessége könnyen levezethető a Fermi energiából a nem relativisztikus kinetikus energia egyenlet. Vékony filmeknél azonban a filmvastagság kisebb lehet, mint az előre jelzett átlagos szabad út, így a felületi szórás sokkal észrevehetőbbé válik, hatékonyan növelve az ellenállást.

az elektron mobilitása az elektronok átlagos szabad útjánál kisebb méretű közegen keresztül ballisztikus vezetéssel vagy ballisztikus szállítással történik. Ilyen esetekben az elektronok csak a vezetőfalakkal való ütközéskor változtatják meg mozgásukat.

OpticsEdit

ha egy D átmérőjű, nem fényelnyelő részecskékből álló szuszpenziót veszünk fel, amelynek Térfogatrésze (hányadosa), akkor a fotonok átlagos szabad útja:

GmbH = 2 d 3 Kb, {\displaystyle \ell ={\frac {2d}{3\Phi Q_{\text{s}}}},}

ahol Qs A szóráshatékonysági tényező. A Qs numerikusan értékelhető a gömb alakú részecskék számára Mie elmélet.

AcousticsEdit

egy egyébként üres üregben a falakról pattogó egyetlen részecske átlagos szabad útja:

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

ahol V az üreg térfogata, S az üreg teljes belső felülete, F pedig az üreg alakjához kapcsolódó állandó. A legtöbb egyszerű üregformához, F megközelítőleg 4.

ezt az összefüggést használják a Sabine egyenlet ban ben akusztika, a hang terjedésének geometriai közelítésével.

nukleáris és részecskefizika

a részecskefizikában az átlagos szabad út fogalmát nem használják általánosan, helyette a csillapítás hosszának hasonló fogalma lép fel. Különösen a nagy energiájú fotonok esetében, amelyek többnyire kölcsönhatásba lépnek elektron-pozitron pár termelés, a sugárzás hosszát ugyanúgy használják, mint a radiográfia átlagos szabad útját.

a magfizika független részecskemodelljei megkövetelik a nukleonok zavartalan keringését a magban, mielőtt kölcsönhatásba lépnének más nukleonokkal.

a nukleon tényleges átlagos szabad útjának a nukleáris anyagban valamivel nagyobbnak kell lennie, mint a nukleáris méretek annak érdekében, hogy lehetővé tegye a független részecskemodell használatát. Úgy tűnik, hogy ez a követelmény ellentmond az elméletben megfogalmazott feltételezéseknek … Itt a nukleáris szerkezetfizika egyik alapvető problémájával állunk szemben, amelyet még meg kell oldani.

– John Markus Blatt és Victor Weisskopf, elméleti magfizika (1952)