Calea liberă medie

Radiografiemodificare

în radiografia cu raze gamma calea liberă medie a unui fascicul creion de fotoni mono-energetici este distanța medie pe care un foton o parcurge între coliziunile cu atomii materialului țintă. Depinde de material și de energia fotonilor:

( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / ) ( / / / / / / / / / / / / / )^{-1},}

în cazul în care coeficientul de atenuare liniară este egal cu coeficientul de atenuare liniară, coeficientul de atenuare a masei este egal cu coeficientul de atenuare liniară, iar densitatea materialului este egală cu coeficientul de atenuare liniară. Coeficientul de atenuare a masei poate fi căutat sau calculat pentru orice combinație de materiale și energie folosind bazele de date ale Institutului Național de standarde și Tehnologie (NIST).

în radiografia cu raze X calculul căii libere medii este mai complicat, deoarece fotonii nu sunt mono-energetici, ci au o anumită distribuție a energiilor numite spectru. Pe măsură ce fotonii se deplasează prin materialul țintă, aceștia sunt atenuați cu probabilități în funcție de energia lor, ca urmare, distribuția lor se schimbă în procesul numit întărirea spectrului. Datorită întăririi spectrului, calea liberă medie a spectrului de raze X se schimbă odată cu distanța.

uneori se măsoară grosimea unui material în numărul de căi libere medii. Materialul cu grosimea unei căi libere medii se va atenua la 37% (1 / e) de fotoni. Acest concept este strâns legat de stratul de jumătate de valoare (HVL): un material cu o grosime de un HVL va atenua 50% din fotoni. O imagine standard cu raze X este o imagine de transmisie, o imagine cu logaritm negativ al intensităților sale este uneori numită un număr de căi libere medii imagine.

Electronicedit

În macroscopic taxa de transport, care înseamnă cale liberă de o taxa de transport într-un metal ℓ {\displaystyle \ell } este proporțională cu mobilitatea electrică μ {\displaystyle \mu } , o valoare direct legate de conductivitatea electrică, care este:

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

unde q este sarcina, τ {\displaystyle \uta } este media de timp liber, m* este masa efectivă, și vF este viteza Fermi de transport gratuit. Viteza Fermi poate fi ușor derivată din energia Fermi prin intermediul ecuației energiei cinetice non-relativiste. Cu toate acestea, în filmele subțiri, grosimea filmului poate fi mai mică decât calea liberă medie prevăzută, făcând împrăștierea suprafeței mult mai vizibilă, crescând efectiv rezistivitatea.

mobilitatea electronilor printr-un mediu cu dimensiuni mai mici decât calea liberă medie a electronilor are loc prin conducere balistică sau transport balistic. În astfel de scenarii, electronii își modifică mișcarea numai în coliziuni cu pereții conductorului.

OpticsEdit

dacă se ia o suspensie de particule non-absorbante de lumină cu diametrul D cu o fracție de volum de la X, calea liberă medie a fotonilor este:

x x = 2 d 3 x x x q s , {\displaystyle \Ell ={\frac {2D}{3\Phi Q_{\text{s}}}},}

unde Qs este factorul de eficiență a împrăștierii. Qs poate fi evaluat numeric pentru particule sferice folosind teoria Mie.

AcousticsEdit

într-o cavitate altfel goală, calea liberă medie a unei singure particule care cade de pe pereți este:

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

unde V este volumul cavității, S este suprafața interioară totală a cavității și F este o constantă legată de forma cavității. Pentru cele mai simple forme de cavitate, F este de aproximativ 4.

această relație este utilizată în derivarea ecuației Sabine în acustică, folosind o aproximare geometrică a propagării sunetului.

fizica nucleară și a particulelor

în fizica particulelor conceptul de cale liberă medie nu este utilizat în mod obișnuit, fiind înlocuit cu conceptul similar de lungime de atenuare. În special, pentru fotonii de mare energie, care interacționează în cea mai mare parte prin producția de perechi electron–pozitron, lungimea radiației este utilizată la fel ca calea liberă medie în radiografie.

modelele de particule independente din fizica nucleară necesită orbitarea netulburată a nucleonilor din nucleu înainte de a interacționa cu alți nucleoni.

calea liberă medie efectivă a unui nucleon în materia nucleară trebuie să fie ceva mai mare decât dimensiunile nucleare pentru a permite utilizarea modelului de particule independente. Această cerință pare să fie în contradicție cu ipotezele făcute în teorie … Ne confruntăm aici cu una dintre problemele fundamentale ale fizicii structurii nucleare care nu a fost încă rezolvată.